La alveno de ĉi tiu ĉipo ŝanĝis la kurson de ĉipevoluo!
Fine de la 1970-aj jaroj, 8-bitaj procesoroj ankoraŭ estis la plej progresinta teknologio tiutempe, kaj CMOS-procezoj estis malavantaĝitaj en la kampo de duonkonduktaĵoj. Inĝenieroj ĉe AT&T Bell Labs faris aŭdacan paŝon en la estontecon, kombinante pintnivelajn 3,5-mikronajn CMOS-fabrikadprocezojn kun novigaj 32-bitaj procesorarkitekturoj por superi konkurantojn laŭ ico-efikeco, superante IBM kaj Intel.
Kvankam ilia invento, la mikroprocesoro Bellmac-32, ne atingis la komercan sukceson de pli fruaj produktoj kiel la Intel 4004 (eldonita en 1971), ĝia influo estis profunda. Hodiaŭ, la blatoj en preskaŭ ĉiuj inteligentaj telefonoj, tekokomputiloj kaj tabulkomputiloj dependas de la principoj de komplementaj metal-oksidaj duonkonduktaĵoj (CMOS), iniciatitaj de la Bellmac-32.
La 1980-aj jaroj alproksimiĝis, kaj AT&T provis transformi sin. Dum jardekoj, la telekomunika giganto moknomita "Patrino Sonorilo" dominis la voĉkomunikadan komercon en Usono, kaj ĝia filio Western Electric produktis preskaŭ ĉiujn komunajn telefonojn en usonaj hejmoj kaj oficejoj. La usona federacia registaro instigis la disigon de la komerco de AT&T pro antitrustaj kialoj, sed AT&T vidis ŝancon eniri la komputilan kampon.
Kun komputilaj kompanioj jam bone establitaj en la merkato, AT&T trovis malfacile atingi la malrapidan nivelon; ĝia strategio estis transsalti, kaj la Bellmac-32 estis ĝia saltotabulo.
La familio de ico-pecetoj Bellmac-32 estis honorita per IEEE Milestone Award. La inaŭguraj ceremonioj okazos ĉi-jare ĉe la kampuso de Nokia Bell Labs en Murray Hill, Nov-Ĵerzejo, kaj ĉe la Komputila Historio-Muzeo en Mountain View, Kalifornio.
UNIKA ICO
Anstataŭ sekvi la industrian normon de 8-bitaj ĉipoj, la estroj de AT&T defiis la inĝenierojn de Bell Labs disvolvi revolucian produkton: la unuan komercan mikroprocesoron kapablan transdoni 32 bitojn da datumoj en ununura horloĝciklo. Tio postulis ne nur novan ĉipon, sed ankaŭ novan arkitekturon — unu, kiu povus pritrakti telekomunikadan ŝaltadon kaj servi kiel la spino de estontaj komputilaj sistemoj.
"Ni ne nur konstruas pli rapidan peceton," diris Michael Condry, kiu gvidas la arkitekturan grupon ĉe la instalaĵo de Bell Labs en Holmdel, Nov-Ĵerzejo. "Ni provas desegni peceton, kiu povas subteni kaj voĉon kaj komputadon."
Tiutempe, CMOS-teknologio estis vidata kiel promesplena sed riska alternativo al NMOS kaj PMOS-dezajnoj. NMOS-blatoj tute dependis de N-tipaj transistoroj, kiuj estis rapidaj sed energi-avidaj, dum PMOS-blatoj dependis de la movado de pozitive ŝargitaj truoj, kio estis tro malrapida. CMOS uzis hibridan dezajnon, kiu pliigis rapidon ŝparante energion. La avantaĝoj de CMOS estis tiel konvinkaj, ke la industrio baldaŭ komprenis, ke eĉ se ĝi postulis duoble pli da transistoroj (NMOS kaj PMOS por ĉiu pordego), ĝi valoris la penon.
Kun la rapida evoluo de duonkonduktaĵa teknologio priskribita de la Leĝo de Moore, la kosto de duobligo de transistora denseco fariĝis regebla kaj fine nekonsiderinda. Tamen, kiam Bell Labs komencis ĉi tiun altriskan riskon, grandskala CMOS-fabrikadoteknologio estis neprovita kaj la kosto estis relative alta.
Tio ne timigis Bell Labs. La kompanio utiligis la sperton de siaj kampusoj en Holmdel, Murray Hill, kaj Naperville, Ilinojso, kaj kunmetis "sonĝteamon" de semikonduktaĵaj inĝenieroj. La teamo inkluzivis Condrey, Steve Conn, leviĝantan stelon en ico-dezajno, Victor Huang, alian mikroprocesoran dizajniston, kaj dekojn da dungitoj de AT&T Bell Labs. Ili komencis majstri novan CMOS-proceson en 1978 kaj konstrui 32-bitan mikroprocesoron de nulo.
Komencu per dezajna arkitekturo
Condrey estis iama IEEE-ulo kaj poste funkciis kiel Ĉefa Teknologia Oficisto de Intel. La arkitektura teamo, kiun li gvidis, dediĉis sin al konstruado de sistemo, kiu native subtenis la operaciumon Unikso kaj la lingvon C. Tiutempe, kaj Unikso kaj la lingvo C estis ankoraŭ en sia komenca stadio, sed estis destinitaj domini. Por rompi la ekstreme valoran memorlimon de kilobajtoj (KB) tiutempe, ili enkondukis kompleksan instrukciaron, kiu postulis malpli da plenumpaŝoj kaj povis plenumi taskojn ene de unu horloĝciklo.
Inĝenieroj ankaŭ desegnis ĉipojn, kiuj subtenas la paralelan buson VersaModule Eurocard (VME), kiu ebligas distribuitan komputadon kaj permesas al pluraj nodoj prilabori datumojn paralele. VME-kongruaj ĉipoj ankaŭ ebligas ilian uzon por realtempa kontrolo.
La teamo verkis sian propran version de Unikso kaj donis al ĝi realtempajn kapablojn por certigi kongruecon kun industria aŭtomatigo kaj similaj aplikoj. La inĝenieroj de Bell Labs ankaŭ inventis domenlogikon, kiu pliigis la prilaboran rapidon reduktante prokrastojn en kompleksaj logikaj pordegoj.
Pliaj testaj kaj konfirmaj teknikoj estis evoluigitaj kaj enkondukitaj per la modulo Bellmac-32, kompleksa plurĉipa konfirma kaj testa projekto gvidata de Jen-Hsun Huang, kiu atingis nul aŭ preskaŭ nul difektojn en kompleksa icofabrikado. Ĉi tio estis la unua fojo en la mondo de tre grandskala integra cirkvito (VLSI) testado. La inĝenieroj de Bell Labs evoluigis sisteman planon, plurfoje kontrolis la laboron de siaj kolegoj, kaj finfine atingis senjuntan kunlaboron trans pluraj icofamilioj, kulminante en kompleta mikrokomputila sistemo.
Sekve venas la plej malfacila parto: la efektiva fabrikado de la ĉipo.
“Tiutempe, aranĝaj, testaj kaj alt-rendimentaj fabrikadaj teknologioj estis tre malabundaj,” memoras Kang, kiu poste fariĝis prezidanto de la Korea Altnivela Instituto de Scienco kaj Teknologio (KAIST) kaj membro de la IEEE. Li rimarkas, ke la manko de CAD-iloj por plen-ĉipa konfirmo devigis la teamon presi supergrandajn Calcomp-desegnaĵojn. Ĉi tiuj skemoj montras kiel transistoroj, dratoj kaj interkonektoj devus esti aranĝitaj ene de ĉipo por doni la deziratan eliron. La teamo kunmetis ilin sur la planko per glubendo, formante gigantan kvadratan desegnaĵon pli ol 6 metrojn flanke. Kang kaj liaj kolegoj mane desegnis ĉiun cirkviton per koloraj krajonoj, serĉante rompitajn konektojn kaj interkovrantajn aŭ neĝuste pritraktitajn interkonektojn.
Post kiam la fizika dezajno estis kompleta, la teamo alfrontis alian defion: fabrikadon. La ĉipoj estis produktitaj ĉe la fabriko de Western Electric en Allentown, Pensilvanio, sed Kang memoras, ke la rendimento-procento (la procento de ĉipoj sur la oblato, kiuj plenumis la normojn pri rendimento kaj kvalito) estis tre malalta.
Por trakti tion, Kang kaj liaj kolegoj veturis al la fabriko el Nov-Ĵerzejo ĉiutage, suprenvolvis la manikojn kaj faris ĉion necesan, inkluzive de balaado de plankoj kaj alĝustigado de testekipaĵo, por konstrui kamaradecon kaj konvinki ĉiujn, ke la plej kompleksa produkto, kiun la fabriko iam provis produkti, efektive povus esti fabrikita tie.
“La teamkonstrua procezo iris glate,” diris Kang. “Post kelkaj monatoj, Western Electric kapablis produkti altkvalitajn ĉipojn en kvantoj kiuj superis la postulon.”
La unua versio de la Bellmac-32 estis publikigita en 1980, sed ĝi ne plenumis la atendojn. Ĝia celfrekvenco estis nur 2 MHz, ne 4 MHz. La inĝenieroj malkovris, ke la plej moderna testa ekipaĵo de Takeda Riken, kiun ili uzis tiutempe, estis difekta, kun transmisiliniaj efikoj inter la sondilo kaj la testkapo kaŭzantaj malprecizajn mezuradojn. Ili kunlaboris kun la teamo de Takeda Riken por disvolvi korektan tabelon por korekti la mezurerarojn.
La duageneraciaj Bellmac-ĉipoj havis horloĝfrekvencojn superantajn 6.2 MHz, foje eĉ 9 MHz. Ĉi tio estis konsiderata sufiĉe rapida tiutempe. La 16-bita Intel 8088-procesoro, kiun IBM lanĉis en sia unua komputilo en 1981, havis horloĝfrekvencon de nur 4.77 MHz.
Kial Bellmac-32 ne't fariĝi ĉefa
Malgraŭ sia promeso, la teknologio de Bellmac-32 ne atingis vastan komercan adopton. Laŭ Condrey, AT&T komencis rigardi la ekipaĵfabrikiston NCR fine de la 1980-aj jaroj kaj poste turnis sin al akiroj, kio signifis, ke la kompanio elektis subteni malsamajn ĉipajn produktliniojn. Tiam, la influo de Bellmac-32 jam komencis kreski.
“Antaŭ Bellmac-32, NMOS dominis la merkaton,” diris Condry. “Sed CMOS ŝanĝis la pejzaĝon ĉar ĝi pruviĝis esti pli efika maniero efektivigi ĝin en la fabrikejo.”
Kun la tempo, ĉi tiu kompreno transformis la semikonduktaĵan industrion. CMOS fariĝus la bazo por modernaj mikroprocesoroj, funkciigante la ciferecan revolucion en aparatoj kiel tablokomputiloj kaj inteligentaj telefonoj.
La aŭdaca eksperimento de Bell Labs — uzante netestivitan fabrikadan procezon kaj ampleksante tutan generacion de icarkitekturo — estis mejloŝtono en la historio de teknologio.
Kiel Profesoro Kang diras: “Ni estis ĉe la avangardo de tio, kio eblis. Ni ne nur sekvis ekzistantan vojon, ni ekbrulis novan padon.” Profesoro Huang, kiu poste fariĝis vicdirektoro de la Singapura Instituto de Mikroelektroniko kaj ankaŭ estas IEEE-ulo, aldonas: “Ĉi tio inkluzivis ne nur ico-arkitekturon kaj -dezajnon, sed ankaŭ grandskalan ico-kontrolon - uzante CAD sed sen la hodiaŭaj ciferecaj simuladaj iloj aŭ eĉ panumtabuloj (norma maniero kontroli la cirkvitan dezajnon de elektronika sistemo uzante icojn antaŭ ol la cirkvitaj komponantoj estas permanente konektitaj kune).”
Condry, Kang kaj Huang rememoras tiun tempon kun amo kaj esprimas admiron por la kapablo kaj dediĉo de la multaj dungitoj de AT&T, kies klopodoj ebligis la familion de ico Bellmac-32.
Afiŝtempo: 19-a de majo 2025