Бұл чиптің пайда болуы чиптің даму бағытын өзгертті!
1970 жылдардың соңында 8-биттік процессорлар сол кездегі ең озық технология болды, ал CMOS процестері жартылай өткізгіш саласында кемшіліктерге ұшырады. AT&T Bell Labs инженерлері чип өнімділігі бойынша бәсекелестерден асып түсу үшін, IBM және Intel компанияларынан асып түсу мақсатында, заманауи 3,5 микрондық CMOS өндіріс процестерін инновациялық 32-биттік процессор архитектураларымен біріктіріп, болашаққа батыл қадам жасады.
Олардың өнертабысы, Bellmac-32 микропроцессоры, Intel 4004 (1971 жылы шығарылған) сияқты бұрынғы өнімдердің коммерциялық табысына жете алмаса да, оның әсері терең болды. Бүгінгі таңда барлық дерлік смартфондардағы, ноутбуктардағы және планшеттердегі чиптер Bellmac-32 бастамашы болған толықтырушы металл-оксидті жартылай өткізгіш (CMOS) принциптеріне негізделген.
1980 жылдар жақындап келе жатқанда, AT&T өзін өзгертуге тырысты. Ондаған жылдар бойы «Ана қоңырауы» лақап атымен аталған телекоммуникациялық алып Америка Құрама Штаттарындағы дауыстық байланыс бизнесінде үстемдік етті, ал оның еншілес компаниясы Western Electric американдық үйлер мен кеңселердегі барлық дерлік қарапайым телефондарды шығарды. АҚШ федералды үкіметі монополияға қарсы негіздер бойынша AT&T бизнесін таратуға шақырды, бірақ AT&T компьютерлік салаға кіру мүмкіндігін көрді.
Компьютерлік компаниялар нарықта бұрыннан жақсы орныққандықтан, AT&T компаниясына оларға жету қиынға соқты; оның стратегиясы секірістер жасау болды, ал Bellmac-32 оның трамплині болды.
Bellmac-32 чиптер отбасы IEEE Milestone сыйлығымен марапатталды. Ашылу рәсімдері биыл Нью-Джерси штатының Мюррей Хилл қаласындағы Nokia Bell Labs кампусында және Калифорния штатының Маунтин-Вью қаласындағы Компьютер тарихы мұражайында өтеді.
БІРЕГЕЙ ЧИП
AT&T басшылары 8 биттік чиптердің салалық стандартын ұстанудың орнына, Bell Labs инженерлеріне революциялық өнімді: бір тактілік циклде 32 бит деректерді тасымалдауға қабілетті алғашқы коммерциялық микропроцессорды әзірлеуді тапсырды. Бұл тек жаңа чипті ғана емес, сонымен қатар телекоммуникациялық коммутацияны басқара алатын және болашақ есептеу жүйелерінің негізі бола алатын жаңа архитектураны да қажет етті.
«Біз тек жылдам чип жасап қана қоймаймыз», - деді Bell Labs компаниясының Нью-Джерси штатындағы Холмдел қаласындағы нысанындағы сәулет тобының жетекшісі Майкл Кондри. «Біз дауысты да, есептеуді де қолдай алатын чипті жасауға тырысып жатырмыз».
Сол кезде CMOS технологиясы NMOS және PMOS конструкцияларына перспективалы, бірақ қауіпті балама ретінде қарастырылды. NMOS чиптері толығымен жылдам, бірақ қуатты көп қажет ететін N типті транзисторларға сүйенді, ал PMOS чиптері тым баяу оң зарядталған тесіктердің қозғалысына сүйенді. CMOS жылдамдықты арттыра отырып, қуатты үнемдейтін гибридті дизайнды қолданды. CMOS артықшылықтары соншалықты тартымды болды, тіпті өнеркәсіп екі есе көп транзисторларды (әр қақпа үшін NMOS және PMOS) қажет етсе де, оған тұрарлық екенін көп ұзамай түсінді.
Мур заңымен сипатталған жартылай өткізгіш технологияның жылдам дамуымен транзистор тығыздығын екі еселеу құны басқарылатын және ақырында елеусіз болып қалды. Дегенмен, Bell Labs бұл жоғары қауіпті құмар ойынға кіріскен кезде, ірі көлемді CMOS өндіріс технологиясы дәлелденбеген және құны салыстырмалы түрде жоғары болды.
Бұл Bell Labs компаниясын қорқытқан жоқ. Компания Холмдел, Мюррей Хилл және Нейпервилл, Иллинойс штатындағы кампустарының тәжірибесіне сүйеніп, жартылай өткізгіш инженерлерден тұратын «армандаған команданы» құрды. Команда құрамында Кондри, чип дизайнындағы жұлдыз Стив Конн, тағы бір микропроцессор дизайнері Виктор Хуан және AT&T Bell Labs компаниясының ондаған қызметкері болды. Олар 1978 жылы жаңа CMOS процесін меңгеріп, 32 биттік микропроцессорды нөлден бастап құрастыра бастады.
Дизайн архитектурасынан бастаңыз
Кондри бұрынғы IEEE мүшесі болды, кейінірек Intel компаниясының бас технологиялық директоры қызметін атқарды. Ол басқарған архитектура тобы Unix операциялық жүйесін және C тілін қолдайтын жүйені құруға міндеттенді. Сол кезде Unix те, C тілі де әлі бастапқы кезеңінде еді, бірақ басымдыққа ие болды. Сол кездегі өте құнды килобайт (КБ) жад шегінен өту үшін олар аз орындау қадамдарын қажет ететін және тапсырмаларды бір тактілік цикл ішінде орындай алатын күрделі нұсқаулар жиынтығын енгізді.
Инженерлер сондай-ақ VersaModule Eurocard (VME) параллель шинасын қолдайтын чиптерді жасап шығарды, бұл таратылған есептеулерді қамтамасыз етеді және бірнеше түйінге деректерді параллель өңдеуге мүмкіндік береді. VME-үйлесімді чиптер оларды нақты уақыт режимінде басқару үшін де пайдалануға мүмкіндік береді.
Команда Unix-тің өз нұсқасын жазып, оған өнеркәсіптік автоматтандырумен және ұқсас қолданбалармен үйлесімділікті қамтамасыз ету үшін нақты уақыт режиміндегі мүмкіндіктерді берді. Bell Labs инженерлері сонымен қатар күрделі логикалық қақпалардағы кідірістерді азайту арқылы өңдеу жылдамдығын арттыратын домино логикасын ойлап тапты.
Bellmac-32 модулімен қосымша сынақ және тексеру әдістері әзірленіп, енгізілді, бұл күрделі чип өндірісінде нөлге немесе нөлге жақын ақауларға қол жеткізген Джен-Хсун Хуан басқаратын күрделі көп чипті тексеру және сынау жобасы. Бұл өте ауқымды интегралдық микросхема (VLSI) сынағы әлемінде алғашқы болды. Bell Labs инженерлері жүйелі жоспар жасап, әріптестерінің жұмысын бірнеше рет тексеріп, сайып келгенде, бірнеше чип отбасылары арасында үздіксіз ынтымақтастыққа қол жеткізді, нәтижесінде толық микрокомпьютерлік жүйе пайда болды.
Келесі кезең - ең қиын кезең: чипті нақты өндіру.
«Сол кезде орналасу, сынақ және жоғары өнімді өндіріс технологиялары өте тапшы болды», - деп еске алады кейінірек Кореяның озық ғылым және технология институтының (KAIST) президенті және IEEE мүшесі болған Кан. Ол толық чипті тексеруге арналған CAD құралдарының болмауы топты үлкен өлшемді Calcomp сызбаларын басып шығаруға мәжбүр еткенін атап өтеді. Бұл схемалар транзисторлардың, сымдар мен өзара қосылыстардың қажетті нәтиже беру үшін чип ішінде қалай орналасуы керектігін көрсетеді. Топ оларды еденге таспамен жинап, бүйірінде 6 метрден асатын алып шаршы сызба жасады. Кан және оның әріптестері әр тізбекті түрлі-түсті қарындаштармен қолмен салды, үзілген қосылыстарды және қабаттасатын немесе дұрыс өңделмеген өзара қосылыстарды іздеді.
Физикалық жобалау аяқталғаннан кейін, команда тағы бір қиындыққа тап болды: өндіріс. Чиптер Пенсильвания штатының Аллентаун қаласындағы Western Electric зауытында өндірілді, бірақ Канг өнімділік көрсеткіші (пластинадағы чиптердің өнімділік және сапа стандарттарына сәйкес келетін пайызы) өте төмен болғанын еске алады.
Бұл мәселені шешу үшін Канг және оның әріптестері күн сайын Нью-Джерсиден зауытқа көлікпен келіп, жеңдерін түріп, едендерді сыпырып, сынақ жабдықтарын калибрлеуді қоса алғанда, қажеттінің бәрін жасады, осылайша жолдастық қарым-қатынас орнатып, зауыт бұрын-соңды шығарып көрмеген ең күрделі өнімді сол жерде жасауға болатынына барлығын сендіруге тырысты.
«Команда құру процесі жақсы өтті», - деді Канг. «Бірнеше айдан кейін Western Electric компаниясы сұраныстан асатын мөлшерде жоғары сапалы чиптер шығара алды».
Bellmac-32-нің алғашқы нұсқасы 1980 жылы шығарылды, бірақ ол күткен нәтижеге жете алмады. Оның мақсатты жиілігі 4 МГц емес, тек 2 МГц болды. Инженерлер сол кезде қолданып жүрген заманауи Takeda Riken сынақ жабдығының ақаулы екенін, зонд пен сынақ басы арасындағы электр беру желісінің әсерлері дәл емес өлшеулерге әкелетінін анықтады. Олар өлшеу қателерін түзету үшін түзету кестесін жасау үшін Takeda Riken командасымен бірлесіп жұмыс істеді.
Екінші буын Bellmac чиптерінің тактілік жиілігі 6,2 МГц-тен асып, кейде 9 МГц-ке дейін жетті. Бұл сол кезде өте жылдам деп саналды. IBM 1981 жылы өзінің алғашқы компьютерінде шығарған 16-биттік Intel 8088 процессорының тактілік жиілігі небәрі 4,77 МГц болды.
Неліктен Bellmac-32 жасамады?'негізгі ағымға айналмайды
Беллмач-32 технологиясы өзінің уәдесіне қарамастан, кеңінен коммерциялық қолданысқа ие болған жоқ. Кондридің айтуынша, AT&T 1980 жылдардың соңында жабдық өндіруші NCR компаниясына назар аудара бастады және кейінірек сатып алуларға бет бұрды, бұл компанияның әртүрлі чип өнімдерін қолдауды таңдағанын білдірді. Сол кезде Bellmac-32-нің ықпалы арта бастады.
«Bellmac-32-ге дейін NMOS нарықта басым болды», - деді Кондри. «Бірақ CMOS жағдайды өзгертті, себебі ол оны фабрикада енгізудің тиімдірек тәсілі болып шықты».
Уақыт өте келе бұл түсінік жартылай өткізгіштер индустриясын қайта құрды. CMOS заманауи микропроцессорлардың негізіне айналды, үстел үсті компьютерлері мен смартфондар сияқты құрылғылардағы сандық революцияны қуаттандырды.
Bell Labs компаниясының тексерілмеген өндіріс процесін қолдана отырып және чип архитектурасының тұтас бір буынын қамтитын батыл эксперименті технология тарихындағы маңызды кезең болды.
Профессор Канг айтқандай: «Біз мүмкін болатынның алдыңғы қатарында болдық. Біз тек бар жолмен жүріп қана қоймай, жаңа жол ашып жүрдік». Кейінірек Сингапур Микроэлектроника институтының директорының орынбасары болған және IEEE мүшесі болған профессор Хуан былай деп қосты: «Бұған тек чип архитектурасы мен дизайны ғана емес, сонымен қатар кең ауқымды чипті тексеру де кірді – CAD көмегімен, бірақ бүгінгі сандық модельдеу құралдарынсыз немесе тіпті нан тақталарынсыз (электрондық жүйенің тізбек дизайнын тізбек компоненттері бір-біріне тұрақты түрде қосылғанға дейін чиптерді пайдаланып тексерудің стандартты тәсілі).»
Кондри, Кан және Хуан сол кездерді жылы лебізбен еске алып, Bellmac-32 чиптер тұқымдасын жасауға мүмкіндік берген көптеген AT&T қызметкерлерінің шеберлігі мен адалдығына таңданыстарын білдіреді.
Жарияланған уақыты: 19 мамыр 2025 ж.