Бул чиптин келиши чиптин өнүгүү курсун өзгөрттү!
1970-жылдардын аягында 8-биттик процессорлор ошол кездеги эң алдыңкы технология болгон жана CMOS процесстери жарым өткөргүч тармагында жетишсиз болгон. AT&T Bell лабораториясынын инженерлери келечекке тайманбастык менен кадам таштап, 3,5 микрондук CMOS өндүрүш процесстерин инновациялык 32 биттик процессордун архитектурасы менен бириктирип, чиптин иштеши боюнча атаандаштарынан озуп, IBM жана Intel компанияларынан озуп кетишти.
Алардын ойлоп табуусу, Bellmac-32 микропроцессору, Intel 4004 (1971-жылы чыгарылган) сыяктуу мурунку өнүмдөрдүн коммерциялык ийгилигине жетише албаса да, анын таасири терең болгон. Бүгүнкү күндө дээрлик бардык смартфондордогу, ноутбуктардагы жана планшеттердеги чиптер Bellmac-32 тарабынан пионер болгон кошумча металл-оксид жарым өткөргүч (CMOS) принциптерине таянат.
1980-жылдар жакындап калган жана AT&T өзүн өзгөртүүгө аракет кылып жаткан. Ондогон жылдар бою "Эне коңгуроосу" деген лакап ат менен телекоммуникациялык гигант Америка Кошмо Штаттарында үн байланышы бизнесинде үстөмдүк кылып келген жана анын туунду Western Electric америкалык үйлөрдө жана кеңселерде дээрлик бардык жалпы телефондорду чыгарган. АКШнын федералдык өкмөтү антимонополдук негизде AT&T бизнесин таркатууга үндөдү, бирок AT&T компьютер тармагына кирүү мүмкүнчүлүгүн көрдү.
Компьютердик компаниялар рынокто жакшы орногондуктан, AT&T аларды кармоо кыйынга турду; анын стратегиясы секирүү болгон, ал эми Bellmac-32 анын трамплини болгон.
Bellmac-32 чип үй-бүлөсү IEEE Milestone Award менен сыйланды. Ачылыш аземдери быйыл Нью-Джерси штатындагы Мюррей Хиллдеги Nokia Bell Labs кампусунда жана Маунтин-Вью шаарындагы (Калифорния) Компьютердик тарых музейинде өткөрүлөт.
UNIQUE CHIP
8 биттик микросхемалардын тармактык стандартын кармануунун ордуна, AT&T жетекчилери Bell Labs инженерлерин революциялык продуктту иштеп чыгууга чакырышты: бир сааттык циклде 32 бит маалыматтарды өткөрүп берүүгө жөндөмдүү биринчи коммерциялык микропроцессор. Бул жаңы чипти гана эмес, ошондой эле телекоммуникацияларды алмаштырууну башкара турган жана келечектеги эсептөө системаларынын негизи катары кызмат кыла турган жаңы архитектураны талап кылды.
"Биз жөн гана тезирээк чипти куруп жаткан жокпуз" деди Майкл Кондри, Bell Labs'тин Холмделдеги, Нью-Джерсидеги объектинин архитектуралык тобун жетектеген. "Биз үндү да, эсептөөнү да колдой турган чипти иштеп чыгууга аракет кылып жатабыз."
Ал кезде CMOS технологиясы NMOS жана PMOS үлгүлөрүнө келечектүү, бирок кооптуу альтернатива катары каралып келген. NMOS чиптери толугу менен N тибиндеги транзисторлорго таянышкан, алар тез, бирок кубатка муктаж, ал эми PMOS чиптери өтө жай болгон оң заряддуу тешиктердин кыймылына таянышкан. CMOS кубаттуулукту үнөмдөө менен бирге ылдамдыкты жогорулаткан гибриддик дизайнды колдонгон. CMOSтун артыкчылыктары ушунчалык таң калыштуу болгондуктан, тармак эки эсе көп транзисторлорду (ар бир дарбаза үчүн NMOS жана PMOS) талап кылса да, ага арзырлык экенин түшүндү.
Мур мыйзамы менен сүрөттөлгөн жарым өткөргүч технологиясын тез өнүктүрүү менен транзистордун тыгыздыгын эки эсеге көбөйтүүгө кеткен чыгым башкарылчу жана акырында анчалык деле жок болуп калды. Бирок, Bell Labs бул жогорку тобокелдикти ойноого киришкенде, масштабдуу CMOS өндүрүш технологиясы далилденбеген жана баасы салыштырмалуу жогору болгон.
Бул Bell лабораториясын коркуткан жок. Компания Холмдел, Мюррей Хилл жана Иллинойс штатындагы Непервилл шаарларындагы кампустарынын тажрыйбасына таянып, жарым өткөргүч инженерлеринин "кыял командасын" чогулткан. Команданын курамына чип дизайнында өсүп келе жаткан Кондри, Стив Кон, дагы бир микропроцессор дизайнери Виктор Хуанг жана AT&T Bell Labs компаниясынын ондогон кызматкерлери кирди. Алар 1978-жылы жаңы CMOS процессин өздөштүрүп, нөлдөн баштап 32 биттик микропроцессорду кура башташты.
Дизайн архитектурасынан баштаңыз
Кондри мурдагы IEEE стипендиаты болгон, кийинчерээк Intelдин технология боюнча башкы адиси болуп иштеген. Ал жетектеген архитектуралык топ Unix операциялык тутумун жана Си тилин түп-тамырынан колдогон системаны курууга умтулган. Ал кезде Unix жана Си тили дагы эле жаңыдан эле, бирок үстөмдүк кылууну чечкен. Ошол кездеги килобайттардын (КБ) өтө баалуу эстутум чегинен чыгуу үчүн алар аткаруу кадамдарын азыраак талап кылган жана тапшырмаларды бир сааттык циклдин ичинде бүтүрө алган татаал нускамаларды киргизишти.
Инженерлер ошондой эле VersaModule Eurocard (VME) параллелдүү шинасын колдогон чиптерди иштеп чыгышкан, ал бөлүштүрүлгөн эсептөөлөрдү жүргүзүүгө жана бир нече түйүндөргө маалыматтарды параллелдүү иштетүүгө мүмкүндүк берет. VME шайкеш келген чиптер аларды реалдуу убакыт режиминде башкаруу үчүн колдонууга мүмкүнчүлүк берет.
Команда Unixтин өзүнүн версиясын жазып, өнөр жай автоматташтыруу жана ушул сыяктуу тиркемелер менен шайкеш келүүнү камсыз кылуу үчүн ага реалдуу убакыт мүмкүнчүлүктөрүн берди. Bell Labs инженерлери ошондой эле татаал логикалык эшиктердеги кечигүүлөрдү азайтуу аркылуу кайра иштетүү ылдамдыгын жогорулаткан домино логикасын ойлоп табышкан.
Кошумча тестирлөө жана текшерүү ыкмалары иштелип чыккан жана Bellmac-32 модулу менен киргизилген, татаал чипти өндүрүүдө нөлгө же нөлгө жакын кемчиликтерге жетишкен Джен-Хсун Хуанг жетектеген татаал көп чиптүү текшерүү жана сыноо долбоору. Бул өтө чоң масштабдагы интегралдык микросхема (VLSI) тестинин дүйнөдө биринчиси болгон. Bell Labs инженерлери системалуу планды иштеп чыгышып, өз кесиптештеринин ишин кайра-кайра текшерип, акыры бир нече чип үй-бүлөлөрүндө үзгүлтүксүз кызматташууга жетишип, толук микрокомпьютер системасына жеткен.
Андан кийин эң татаал бөлүк: чиптин чыныгы өндүрүшү.
Кийинчерээк Кореянын Илим жана Технологиялар Институтунун (KAIST) президенти жана IEEEнин мүчөсү болгон Канг: «Ал кезде макет, сыноо жана жогорку түшүмдүү өндүрүш технологиялары өтө тартыш болчу», - деп эскерет. Ал толук чипти текшерүү үчүн CAD инструменттеринин жоктугу команданы чоң көлөмдөгү Calcomp чиймелерин басып чыгарууга мажбурлаганын белгилейт. Бул схемалар транзисторлорду, зымдарды жана интерконнекттерди каалаган натыйжаны берүү үчүн чиптин ичинде кантип жайгаштыруу керектигин көрсөтөт. Команда аларды полго скотч менен чогултуп, бир капталынан 6 метрден ашык чийилген алп квадратты түздү. Канг жана анын кесиптештери ар бир схеманы кол менен түстүү карандаш менен чийип, үзүлгөн байланыштарды жана бири-бирин кайталаган же туура эмес иштетилген байланыштарды издешкен.
Физикалык дизайн аяктагандан кийин, команда дагы бир кыйынчылыкка туш болду: өндүрүш. Чиптер Аллентаундагы (Пенсильвания штаты) Western Electric заводунда өндүрүлгөн, бирок Канг кирешелүүлүк деңгээли (өндүрүш жана сапат стандарттарына жооп берген вафлидеги чиптердин пайызы) өтө төмөн болгонун эскерет.
Бул маселени чечүү үчүн Канг жана анын кесиптештери күн сайын Нью-Джерсиден заводго барышып, жеңдерин түрүп, жолдоштук мамилелерди түзүү жана завод буга чейин аракет кылган эң татаал продукцияны чындап эле ошол жерден жасаса болоруна ынандыруу үчүн пол шыпыруу жана сыноо жабдууларын калибрлөө сыяктуу зарыл болгон нерселерди жасашчу.
"Команда түзүү процесси оңой өттү" деди Канг. "Бир нече айдан кийин, Western Electric суроо-талаптан ашкан санда жогорку сапаттагы чиптерди чыгара алды."
Bellmac-32нин биринчи версиясы 1980-жылы чыккан, бирок ал үмүттү актай алган эмес. Анын аткаруу максаттуу жыштыгы 4 МГц эмес, болгону 2 МГц болгон. Инженерлер ошол учурда колдонуп жаткан заманбап Takeda Riken сыноо жабдыктарында кемчиликтер бар экенин, зонд менен сыноо башынын ортосундагы өткөргүч линиясынын таасири туура эмес өлчөөлөрдү алып келгенин аныкташкан. Алар Takeda Riken командасы менен бирге өлчөө каталарын оңдоо үчүн оңдоо таблицасын иштеп чыгышкан.
Экинчи муундагы Bellmac чиптеринин тактык ылдамдыгы 6,2 МГц ашкан, кээде 9 МГцге чейин жеткен. Бул учурда абдан тез деп эсептелген. IBM 1981-жылы өзүнүн биринчи компьютеринде чыгарган 16 биттик Intel 8088 процессорунун саат ылдамдыгы болгону 4,77 МГц болгон.
Эмне үчүн Bellmac-32 жок'т негизги агымга айланат
Анын убадасына карабастан, Bellmac-32 технологиясы кеңири жайылган коммерциялык кабыл алынган жок. Кондринин айтымында, AT&T 1980-жылдардын аягында NCR жабдууларын чыгаруучу компанияны карай баштаган жана кийинчерээк сатып алууларга бурулган, бул компания ар кандай чип продуктуларын колдоону тандаган. Ал кезде Bellmac-32нин таасири күчөй баштаган.
"Bellmac-32ге чейин, NMOS рынокто үстөмдүк кылган" деди Кондри. "Бирок CMOS пейзажды өзгөрттү, анткени ал фабда аны ишке ашыруунун натыйжалуу жолу болуп чыкты."
Убакыттын өтүшү менен бул ишке ашыруу жарым өткөргүч өнөр жайын өзгөрттү. CMOS заманбап микропроцессорлордун негизи болуп, компьютерлер жана смартфондор сыяктуу түзмөктөрдө санариптик революцияны ишке ашырат.
Bell Labs компаниясынын тайманбас эксперименти — текшерилбеген өндүрүш процессин колдонуу жана чип архитектурасынын бүтүндөй муунун камтыган — технологиянын тарыхындагы маанилүү учур болду.
Профессор Канг айткандай: "Биз мүмкүн болгон нерселердин башында болдук. Биз жөн гана бар жолду басып тим болбостон, жаңы жолду ачып жатканбыз". Кийинчерээк Сингапур Микроэлектроника институтунун директорунун орун басары болгон, ошондой эле IEEE стипендиаты болгон профессор Хуанг мындай деп кошумчалайт: "Бул бир гана чиптин архитектурасын жана дизайнын эмес, ошондой эле масштабдуу чипти текшерүүнү камтыйт - CAD колдонуу менен, бирок бүгүнкү күндөгү санариптик симуляция куралдары же нан такталары жок (электрондук системанын схемасын текшерүүнүн стандарттуу ыкмасы туруктуу туташтырылган компоненттерден мурун микросхемалар).
Кондри, Канг жана Хуанг ошол учурду жакшы көрүү менен эстеп, Bellmac-32 чипинин үй-бүлөсүн жасоого аракет кылган AT&T кызматкерлеринин көп сандаган чеберчилигине жана берилгендигине суктанышат.
Посттун убактысы: 19-май-2025