Бұл чиптің келуі чиптің даму бағытын өзгертті!
1970 жылдардың соңында 8 разрядты процессорлар әлі де сол кездегі ең озық технология болды, ал CMOS процестері жартылай өткізгіштер саласында қолайсыз жағдайда болды. AT&T Bell Labs инженерлері 3,5 микрондық CMOS өндірісінің озық процестерін инновациялық 32 биттік процессор архитектураларымен біріктіріп, чип өнімділігі бойынша бәсекелестерден озып, IBM және Intel-тен озып, болашаққа батыл қадам жасады.
Олардың өнертабысы, Bellmac-32 микропроцессоры Intel 4004 (1971 жылы шығарылған) сияқты бұрынғы өнімдердің коммерциялық табысына жете алмаса да, оның әсері өте терең болды. Бүгінгі таңда барлық дерлік смартфондардағы, ноутбуктердегі және планшеттердегі чиптер Bellmac-32 пионері болып табылатын қосымша металл оксиді жартылай өткізгіш (CMOS) принциптеріне сүйенеді.
1980 жылдар жақындап қалды және AT&T өзін өзгертуге тырысты. Ондаған жылдар бойы «Ана қоңырауы» лақап атымен аталатын телекоммуникациялық алпауыт Америка Құрама Штаттарындағы дауыстық байланыс бизнесінде үстемдік етті және оның еншілес компаниясы Western Electric американдық үйлер мен кеңселердегі жалпы телефондардың барлығын дерлік шығарды. АҚШ федералды үкіметі AT&T бизнесін монополияға қарсы негізде таратуға шақырды, бірақ AT&T компьютерлік өріске кіру мүмкіндігін көрді.
Нарықта әлдеқашан жақсы қалыптасқан компьютерлік компаниялар болғандықтан, AT&T оны қуып жету қиынға соқты; оның стратегиясы секіру болды, ал Bellmac-32 оның трамплині болды.
Bellmac-32 чиптер тобы IEEE Milestone Award марапатына ие болды. Ашылу салтанаты биыл Нью-Джерсидегі Мюррей Хиллдегі Nokia Bell Labs кампусында және Маунтин-Вью, Калифорниядағы Компьютер тарихы мұражайында өтеді.
ЕРЕКШЕ ЧИП
8-биттік чиптердің салалық стандартын ұстанудың орнына, AT&T басшылары Bell Labs инженерлеріне революциялық өнімді әзірлеуге шақырды: бір сағаттық циклде 32 бит деректерді тасымалдауға қабілетті бірінші коммерциялық микропроцессор. Бұл тек жаңа чипті ғана емес, сонымен қатар телекоммуникациялық коммутацияны басқара алатын және болашақ есептеу жүйелерінің негізі бола алатын жаңа архитектураны қажет етті.
«Біз жай ғана жылдам чип жасап жатқан жоқпыз», - деді Майкл Кондри, Bell Labs' Holmdel, Нью-Джерсидегі нысандағы сәулет тобын басқаратын. «Біз дауысты да, есептеуді де қолдайтын чип құрастыруға тырысамыз».
Сол кезде CMOS технологиясы NMOS және PMOS конструкцияларына перспективалы, бірақ қауіпті балама ретінде қарастырылды. NMOS чиптері толығымен жылдам, бірақ қуатты қажет ететін N-типті транзисторларға сүйенді, ал PMOS чиптері тым баяу болатын оң зарядталған тесіктердің қозғалысына сүйенді. CMOS қуатты үнемдеу кезінде жылдамдықты арттыратын гибридті дизайнды пайдаланды. CMOS артықшылықтарының әсерлі болғаны соншалық, сала көп ұзамай екі есе көп транзисторларды (әр қақпа үшін NMOS және PMOS) қажет етсе де, оған тұрарлық екенін түсінді.
Мур заңымен сипатталған жартылай өткізгіштер технологиясының қарқынды дамуымен транзисторлардың тығыздығын екі есе арттыру құны басқарылатын және ақырында болымсыз болды. Алайда, Bell Labs осы жоғары қауіпті құмар ойынға кіріскен кезде, CMOS кең ауқымды өндіру технологиясы дәлелденбеген және құны салыстырмалы түрде жоғары болды.
Бұл Bell зертханаларын қорқытпады. Компания Холмдел, Мюррей Хилл және Непервилл, Иллинойс қалаларындағы кампустарының тәжірибесіне сүйеніп, жартылай өткізгіш инженерлердің «арман командасын» жинады. Командаға Кондри, чип дизайнының өсіп келе жатқан жұлдызы Стив Кон, тағы бір микропроцессор дизайнері Виктор Хуанг және AT&T Bell Labs компаниясының ондаған қызметкерлері кірді. Олар 1978 жылы жаңа CMOS процесін меңгеріп, нөлден бастап 32 разрядты микропроцессорды құрастыра бастады.
Дизайн архитектурасынан бастаңыз
Кондри бұрынғы IEEE стипендиаты болды, кейін Intel компаниясының бас технологиялық директоры қызметін атқарды. Ол басқарған сәулет тобы Unix операциялық жүйесі мен Си тілін жергілікті түрде қолдайтын жүйені құруға міндеттелді. Ол кезде Unix тілі де, Си тілі де әлі қалыптасу кезеңінде еді, бірақ тағдыры үстемдік ету еді. Сол кездегі килобайттардың (КБ) аса құнды жад шегінен өту үшін олар орындау қадамдарын аз талап ететін және бір сағаттық цикл ішінде тапсырмаларды орындай алатын күрделі нұсқаулар жинағын енгізді.
Инженерлер сонымен қатар таратылған есептеулерге мүмкіндік беретін және бірнеше түйіндерге деректерді параллель өңдеуге мүмкіндік беретін VersaModule Eurocard (VME) параллель шинасын қолдайтын чиптерді әзірледі. VME-үйлесімді чиптер оларды нақты уақытта басқару үшін пайдалануға мүмкіндік береді.
Команда Unix-тің жеке нұсқасын жазды және өнеркәсіптік автоматтандыру және ұқсас қолданбалармен үйлесімділікті қамтамасыз ету үшін оған нақты уақыт мүмкіндіктерін берді. Bell Labs инженерлері сонымен қатар күрделі логикалық қақпалардағы кідірістерді азайту арқылы өңдеу жылдамдығын арттыратын домино логикасын ойлап тапты.
Қосымша сынақ және тексеру әдістері Bellmac-32 модулімен әзірленді және енгізілді, бұл күрделі чипті өндіруде нөлдік немесе нөлге жақын ақауларға қол жеткізген Джен-Хсун Хуан басқаратын күрделі көп чипті тексеру және сынақ жобасы. Бұл өте кең ауқымды интегралды схема (VLSI) сынағы әлемінде бірінші болды. Bell Labs инженерлері жүйелі жоспарды жасап, әріптестерінің жұмысын бірнеше рет тексеріп, ақыр соңында микрокомпьютер жүйесіне әкелетін бірнеше чиптер отбасыларында үздіксіз ынтымақтастыққа қол жеткізді.
Содан кейін ең қиын бөлік келеді: чиптің нақты өндірісі.
«Ол кезде макет, сынақ және өнімділігі жоғары өндіріс технологиялары өте тапшы еді», - деп еске алады Канг, кейінірек Кореяның ғылыми және технологияның озық институтының (KAIST) президенті және IEEE қызметкері болды. Ол толық чипті тексеруге арналған CAD құралдарының жоқтығы команданы үлкен өлшемді Calcomp сызбаларын басып шығаруға мәжбүр еткенін атап өтеді. Бұл схемалар қажетті нәтижені беру үшін транзисторларды, сымдарды және өзара қосылыстарды чипте қалай орналастыру керектігін көрсетеді. Команда оларды еденге таспамен жинап, бір жағында 6 метрден асатын алып шаршыны құрады. Канг және оның әріптестері әр схеманы түрлі-түсті қарындаштармен сызып, үзілген қосылымдарды және қабаттасатын немесе дұрыс өңделмеген өзара байланыстарды іздеді.
Физикалық дизайн аяқталғаннан кейін команда тағы бір қиындыққа тап болды: өндіріс. Чиптер Аллентаундағы (Пенсильвания) Western Electric зауытында шығарылды, бірақ Канг шығымдылық деңгейі (өнімділік пен сапа стандарттарына сәйкес келетін вафлидегі чиптердің пайызы) өте төмен екенін еске түсіреді.
Бұл мәселені шешу үшін Канг және оның әріптестері күн сайын Нью-Джерсиден зауытқа барды, жеңдерін түріп, достық қарым-қатынас орнату және зауыт бұрын-соңды шығаруға тырысқан ең күрделі өнімді шынымен де осында жасауға болатынына барлығын сендіру үшін еден сыпыру және сынақ жабдығын калибрлеуді қоса, қажеттінің бәрін жасады.
«Команда құру процесі бірқалыпты өтті», - деді Канг. «Бірнеше айдан кейін Western Electric сұраныстан асатын мөлшерде жоғары сапалы чиптерді шығара алды».
Bellmac-32-нің алғашқы нұсқасы 1980 жылы шығарылды, бірақ ол үмітті ақтай алмады. Оның өнімділігі мақсатты жиілігі 4 МГц емес, тек 2 МГц болды. Инженерлер сол кезде қолданып жүрген заманауи Takeda Riken сынақ жабдығының ақауы бар екенін, зонд пен сынақ басы арасындағы электр беру желісінің әсерлері қате өлшемдерді тудырғанын анықтады. Олар Takeda Riken командасымен бірге өлшеу қателіктерін түзету үшін түзету кестесін әзірлеу үшін жұмыс істеді.
Екінші буындағы Bellmac чиптерінің тактілік жиілігі 6,2 МГц-тен асатын, кейде 9 МГц-ке жетеді. Бұл уақыт өте жылдам деп саналды. 1981 жылы IBM өзінің алғашқы компьютерінде шығарған 16 разрядты Intel 8088 процессорының тактілік жиілігі небәрі 4,77 МГц болды.
Неліктен Bellmac-32 болмады'т негізгі ағымға айналады
Берілген уәдеге қарамастан, Bellmac-32 технологиясы кеңінен коммерциялық қолданысқа ие болмады. Кондридің айтуынша, AT&T 1980-ші жылдардың аяғында жабдық жасаушы NCR-ге қарай бастады және кейінірек сатып алуларға бет бұрды, бұл компания әртүрлі чип өнімдерінің желілерін қолдауды таңдады. Ол кезде Bellmac-32-нің әсері арта бастады.
«Bellmac-32-ге дейін NMOS нарықта үстемдік етті», - деді Кондри. «Бірақ CMOS ландшафтты өзгертті, өйткені ол оны фабта енгізудің тиімді әдісі болып шықты».
Уақыт өте келе бұл іске асыру жартылай өткізгіш өнеркәсібін өзгертті. CMOS жұмыс үстелі компьютерлері мен смартфондар сияқты құрылғылардағы цифрлық революцияны қуаттайтын заманауи микропроцессорлардың негізіне айналады.
Bell Labs компаниясының батыл тәжірибесі — тексерілмеген өндіріс процесін пайдаланып және чип архитектурасының бүкіл буынын қамтитын — технология тарихындағы маңызды кезең болды.
Профессор Канг айтқандай: «Біз мүмкін болатын нәрселердің алдыңғы қатарында болдық. Біз бар жолмен жүріп қана қоймай, жаңа соқпақтарды аштық». Кейіннен Сингапур Микроэлектроника институты директорының орынбасары болған, сонымен қатар IEEE стипендиаты болып табылатын профессор Хуанг былай деп қосты: «Бұл тек чиптің архитектурасы мен дизайнын ғана емес, сонымен қатар CAD көмегімен, бірақ қазіргі цифрлық модельдеу құралдарынсыз немесе тіпті нан тақтасынсыз (электрондық жүйенің схемасын тұрақты түрде жалғанған компоненттерден бұрын микросхемалардың схемасын тексерудің стандартты әдісі) кең ауқымды чипті тексеруді қамтиды».
Кондри, Кан және Хуан сол уақытқа сүйіспеншілікпен қарап, Bellmac-32 чиптер тобын жасауға мүмкіндік берген көптеген AT&T қызметкерлерінің шеберлігі мен адалдығына таңданысын білдіреді.
Хабарлама уақыты: 19 мамыр 2025 ж