Доаѓањето на овој чип го промени текот на развојот на чипови!
Кон крајот на 1970-тите, 8-битните процесори сè уште беа најнапредната технологија во тоа време, а CMOS процесите беа во неповолна положба во областа на полупроводниците. Инженерите во AT&T Bell Labs направија смел чекор во иднината, комбинирајќи ги најсовремените 3,5-микронски CMOS производствени процеси со иновативни 32-битни архитектури на процесори во обид да ги надминат конкурентите во перформансите на чиповите, надминувајќи ги IBM и Intel.
Иако нивниот изум, микропроцесорот Bellmac-32, не успеа да го постигне комерцијалниот успех на претходните производи како што е Intel 4004 (објавен во 1971 година), неговото влијание беше длабоко. Денес, чиповите во речиси сите паметни телефони, лаптопи и таблети се потпираат на принципите на комплементарен метал-оксиден полупроводник (CMOS) воведен од Bellmac-32.
Се приближуваа 1980-тите, а AT&T се обидуваше да се трансформира. Со децении, телекомуникацискиот гигант со прекар „Мајка Бел“ доминираше во бизнисот со гласовни комуникации во Соединетите Американски Држави, а неговата подружница Western Electric произведуваше речиси сите вообичаени телефони во американските домови и канцеларии. Федералната влада на САД инсистираше на распаѓање на бизнисот на AT&T од антимонополски причини, но AT&T виде можност да влезе во компјутерската област.
Со оглед на тоа што компјутерските компании веќе беа добро етаблирани на пазарот, на AT&T му беше тешко да ги стигне; нивната стратегија беше да прескокнат, а Bellmac-32 беше нивната појдовна точка.
Семејството чипови Bellmac-32 е наградено со наградата IEEE Milestone Award. Церемониите на откривање ќе се одржат оваа година во кампусот на Nokia Bell Labs во Мареј Хил, Њу Џерси, и во Музејот за компјутерска историја во Маунтин Вју, Калифорнија.
УНИКАТЕН ЧИП
Наместо да го следат индустрискиот стандард за 8-битни чипови, раководителите на AT&T ги предизвикаа инженерите на Bell Labs да развијат револуционерен производ: првиот комерцијален микропроцесор способен за пренос на 32 бита податоци во еден тактен циклус. Ова бараше не само нов чип, туку и нова архитектура - таква што би можела да се справи со телекомуникациско префрлување и да служи како 'рбет на идните компјутерски системи.
„Ние не градиме само побрз чип“, рече Мајкл Кондри, кој ја води архитектонската група во објектот на Bell Labs во Холмдел, Њу Џерси. „Се обидуваме да дизајнираме чип што може да поддржува и глас и пресметување.“
Во тоа време, CMOS технологијата се сметаше за ветувачка, но ризична алтернатива на NMOS и PMOS дизајните. NMOS чиповите се потпираа целосно на N-тип транзистори, кои беа брзи, но енергетски гладни, додека PMOS чиповите се потпираа на движењето на позитивно наелектризираните дупки, што беше премногу бавно. CMOS користеше хибриден дизајн кој ја зголемуваше брзината, а воедно штедеше енергија. Предностите на CMOS беа толку убедливи што индустријата наскоро сфати дека дури и ако ѝ беа потребни двојно повеќе транзистори (NMOS и PMOS за секоја порта), вредеше.
Со брзиот развој на полупроводничката технологија опишана со Муровиот закон, трошоците за удвојување на густината на транзисторите станаа управливи и на крајот занемарливи. Меѓутоа, кога Bell Labs се впуштија во оваа високоризична коцка, технологијата за производство на CMOS системи во голем обем беше недокажана, а цената беше релативно висока.
Ова не ги исплаши Bell Labs. Компанијата се потпре на експертизата од своите кампуси во Холмдел, Мареј Хил и Нејпервил, Илиноис, и состави „тим од соништата“ од полупроводнички инженери. Тимот ги вклучуваше Кондри, Стив Кон, ѕвезда во подем во дизајнот на чипови, Виктор Хуанг, друг дизајнер на микропроцесори, и десетици вработени од AT&T Bell Labs. Тие почнаа да совладуваат нов CMOS процес во 1978 година и да градат 32-битен микропроцесор од нула.
Започнете со дизајнерска архитектура
Кондреј беше поранешен член на IEEE соработник, а подоцна служеше како главен директор за технологија на Intel. Архитектонскиот тим што го водеше беше посветен на изградба на систем што нативно ќе го поддржува оперативниот систем Unix и јазикот C. Во тоа време, и Unix и јазикот C беа сè уште во повој, но беа предодредени да доминираат. За да го пробијат исклучително вредното ограничување на меморијата од килобајти (KB) во тоа време, тие воведоа сложен сет на инструкции што бараше помалку чекори за извршување и можеше да ги заврши задачите во еден циклус на часовникот.
Инженерите исто така дизајнираа чипови кои ја поддржуваат паралелната шина VersaModule Eurocard (VME), што овозможува дистрибуирано пресметување и им овозможува на повеќе јазли паралелно да обработуваат податоци. Чиповите компатибилни со VME исто така овозможуваат нивно користење за контрола во реално време.
Тимот напиша сопствена верзија на Unix и му даде можности за работа во реално време за да обезбеди компатибилност со индустриска автоматизација и слични апликации. Инженерите на Bell Labs исто така ја измислија домино логиката, која ја зголеми брзината на обработка со намалување на доцнењата во сложените логички порти.
Дополнителни техники за тестирање и верификација беа развиени и воведени со модулот Bellmac-32, комплексен проект за верификација и тестирање на повеќе чипови предводен од Џен-Хсун Хуанг, кој постигна нула или речиси нула дефекти во производството на сложени чипови. Ова беше првпат во светот на тестирање на многу големи интегрирани кола (VLSI). Инженерите на Bell Labs развија систематски план, постојано ја проверуваа работата на своите колеги и на крајот постигнаа беспрекорна соработка низ повеќе семејства чипови, што кулминираше со комплетен микрокомпјутерски систем.
Потоа доаѓа најпредизвикувачкиот дел: самото производство на чипот.
„Во тоа време, технологиите за распоред, тестирање и производство со висок принос беа многу ретки“, се сеќава Канг, кој подоцна стана претседател на Корејскиот напреден институт за наука и технологија (KAIST) и член на IEEE. Тој забележува дека недостатокот на CAD алатки за целосна верификација на чипот го принудил тимот да испечати преголеми цртежи од Calcomp. Овие шеми покажуваат како транзисторите, жиците и меѓусебните врски треба да бидат распоредени во чипот за да се добие посакуваниот излез. Тимот ги составил на подот со лента, формирајќи џиновски квадратен цртеж со страна поголема од 6 метри. Канг и неговите колеги рачно го цртале секое коло со обоени моливи, барајќи прекинати врски и преклопувачки или неправилно обработени меѓусебни врски.
Откако физичкиот дизајн беше завршен, тимот се соочи со уште еден предизвик: производството. Чиповите беа произведени во фабриката на Western Electric во Алентаун, Пенсилванија, но Канг се сеќава дека стапката на принос (процентот на чипови на плочката што ги исполнуваа стандардите за перформанси и квалитет) беше многу ниска.
За да се справат со ова, Канг и неговите колеги секој ден возеа до фабриката од Њу Џерси, ги засукаа ракавите и правеа сè што беше потребно, вклучително и метење на подови и калибрирање на опремата за тестирање, за да изградат другарство и да ги убедат сите дека најсложениот производ што фабриката некогаш се обидела да го произведе навистина може да се направи таму.
„Процесот на градење тим помина непречено“, рече Канг. „По неколку месеци, Western Electric беше во можност да произведува висококвалитетни чипови во количини што ја надминаа побарувачката.“
Првата верзија на Bellmac-32 беше издадена во 1980 година, но не ги исполни очекувањата. Неговата целна фреквенција беше само 2 MHz, а не 4 MHz. Инженерите открија дека најсовремената опрема за тестирање Takeda Riken што ја користеа во тоа време имала недостатоци, при што ефектите на преносната линија помеѓу сондата и тест главата предизвикувале неточни мерења. Тие работеа со тимот на Takeda Riken за да развијат табела за корекција за да ги корегираат грешките во мерењето.
Чиповите Bellmac од втората генерација имаа тактни брзини што надминуваа 6,2 MHz, понекогаш и до 9 MHz. Ова се сметаше за доста брзо во тоа време. 16-битниот процесор Intel 8088 што IBM го издаде во својот прв персонален компјутер во 1981 година имаше тактна брзина од само 4,77 MHz.
Зошто Белмак-32 не...„да станат мејнстрим
И покрај ветувањето, технологијата Bellmac-32 не доби широка комерцијална примена. Според Кондреј, AT&T почнала да го разгледува производителот на опрема NCR кон крајот на 1980-тите, а подоцна се свртела кон аквизиции, што значело дека компанијата избрала да поддржува различни производни линии на чипови. Дотогаш, влијанието на Bellmac-32 почнало да расте.
„Пред Bellmac-32, NMOS доминираше на пазарот“, рече Кондри. „Но, CMOS го промени пејзажот бидејќи се покажа како поефикасен начин за негово имплементирање во фабриката.“
Со текот на времето, ова сознание ја преобликуваше полупроводничката индустрија. CMOS ќе стане основа за современите микропроцесори, напојувајќи ја дигиталната револуција кај уредите како што се десктоп компјутерите и паметните телефони.
Храбриот експеримент на Bell Labs - користејќи нетестиран процес на производство и опфаќајќи цела генерација архитектура на чипови - беше пресвртница во историјата на технологијата.
Како што вели професорот Канг: „Бевме на чело на она што беше можно. Не само што следевме постоечки пат, туку трасиравме нова патека.“ Професорот Хуанг, кој подоцна стана заменик-директор на Сингапурскиот институт за микроелектроника, а е и член на IEEE, додава: „Ова вклучуваше не само архитектура и дизајн на чипови, туку и верификација на чипови на големи размери - користејќи CAD, но без денешните алатки за дигитална симулација или дури и протоборди (стандарден начин за проверка на дизајнот на колото на електронски систем со користење на чипови пред компонентите на колото трајно да се поврзат заедно)“.
Кондри, Канг и Хуанг со задоволство се потсетуваат на тоа време и изразуваат восхит за вештината и посветеноста на многуте вработени во AT&T чии напори го овозможија семејството чипови Bellmac-32.
Време на објавување: 19 мај 2025 година