Бул чиптин келиши чиптин өнүгүү багытын өзгөрттү!
1970-жылдардын аягында 8-биттик процессорлор ошол кездеги эң өнүккөн технология болгон жана CMOS процесстери жарым өткөргүч тармагында кемчиликтерге дуушар болгон. AT&T Bell Labs компаниясынын инженерлери келечекке тайманбас кадам таштап, чиптин иштеши боюнча атаандаштарынан ашып түшүү максатында, чиптин иштеши боюнча IBM жана Intel компанияларынан ашып түшүү максатында алдыңкы 3,5 микрондук CMOS өндүрүш процесстерин инновациялык 32-биттик процессор архитектуралары менен айкалыштырышкан.
Алардын ойлоп тапкан Bellmac-32 микропроцессору Intel 4004 (1971-жылы чыгарылган) сыяктуу мурунку өнүмдөрдүн коммерциялык ийгиликтерине жете албаса да, анын таасири терең болгон. Бүгүнкү күндө дээрлик бардык смартфондордогу, ноутбуктардагы жана планшеттердеги чиптер Bellmac-32 тарабынан негизделген кошумча металл-оксиддик жарым өткөргүч (CMOS) принциптерине таянат.
1980-жылдар жакындап келе жаткан, ал эми AT&T өзүн өзгөртүүгө аракет кылып жаткан. Ондогон жылдар бою "Эне коңгуроо" деген каймана ат менен белгилүү болгон телекоммуникация гиганты АКШдагы үн байланыш бизнесинде үстөмдүк кылып келген, ал эми анын туунду компаниясы Western Electric америкалык үйлөрдө жана кеңселерде дээрлик бардык кеңири таралган телефондорду чыгарган. АКШнын федералдык өкмөтү AT&T бизнесин монополияга каршы күрөшүү негиздеринен улам таркатууга үндөгөн, бирок AT&T компьютердик тармакка кирүү мүмкүнчүлүгүн көргөн.
Компьютердик компаниялар рынокто мурунтан эле жакшы орноп калгандыктан, AT&T компаниясына аларга жетүү кыйынга турду; анын стратегиясы секирүү болчу, ал эми Bellmac-32 анын трамплини болгон.
Bellmac-32 чип үй-бүлөсү IEEE Milestone сыйлыгы менен сыйланды. Анын ачылыш аземи быйыл Нью-Джерси штатынын Мюррей Хилл шаарындагы Nokia Bell Labs кампусунда жана Калифорния штатынын Маунтин-Вью шаарындагы Компьютер тарыхы музейинде өтөт.
Уникалдуу чип
AT&T жетекчилери 8-биттик чиптердин тармактык стандартын кармануунун ордуна, Bell Labs инженерлерин революциялык продуктуну иштеп чыгууга чакырышкан: бир такттык циклде 32 биттик маалыматтарды өткөрүп бере алган биринчи коммерциялык микропроцессор. Бул үчүн жаңы чип гана эмес, ошондой эле телекоммуникациялык коммутацияны иштете турган жана келечектеги эсептөө системаларынын негизи болуп кызмат кыла турган жаңы архитектура да талап кылынган.
«Биз жөн гана тезирээк чип куруп жаткан жокпуз», - деди Bell Labs компаниясынын Нью-Джерси штатындагы Холмдел шаарындагы имаратынын архитектуралык тобун жетектеген Майкл Кондри. «Биз үн жана эсептөөнү колдой турган чипти иштеп чыгууга аракет кылып жатабыз».
Ал кезде CMOS технологиясы NMOS жана PMOS конструкцияларына келечектүү, бирок тобокелдүү альтернатива катары каралган. NMOS чиптери толугу менен N-типтеги транзисторлорго таянган, алар тез, бирок кубаттуулукту көп талап кылган, ал эми PMOS чиптери өтө жай болгон оң заряддуу тешиктердин кыймылына таянган. CMOS ылдамдыкты жогорулаткан жана кубаттуулукту үнөмдөгөн гибриддик конструкцияны колдонгон. CMOSтун артыкчылыктары ушунчалык таасирдүү болгондуктан, өнөр жай көп өтпөй эки эсе көп транзисторлорду (ар бир дарбаза үчүн NMOS жана PMOS) талап кылса да, ал татыктуу экенин түшүнгөн.
Мурдун мыйзамы менен сүрөттөлгөн жарым өткөргүч технологиясынын тез өнүгүшү менен транзисторлордун тыгыздыгын эки эсеге көбөйтүүнүн баасы башкарылуучу болуп калды жана акырында анча маанилүү эмес болуп калды. Бирок, Bell Labs бул жогорку тобокелдик кумар оюнун баштаганда, ири масштабдуу CMOS өндүрүш технологиясы далилденген эмес жана баасы салыштырмалуу жогору болгон.
Бул Bell Labs компаниясын коркуткан жок. Компания Холмдел, Мюррей Хилл жана Нейпервилл, Иллинойс штатындагы кампустарынын тажрыйбасына таянып, жарым өткөргүч инженерлерден турган "кыялдагы команданы" түзгөн. Командага Кондри, чип дизайнынын жылдызы Стив Конн, дагы бир микропроцессордун дизайнери Виктор Хуан жана AT&T Bell Labs компаниясынын ондогон кызматкерлери кирген. Алар 1978-жылы жаңы CMOS процессин өздөштүрүп, нөлдөн баштап 32-биттик микропроцессорду кура башташкан.
Дизайн архитектурасынан баштаңыз
Кондри мурдагы IEEE мүчөсү болгон жана кийинчерээк Intel компаниясынын башкы технологиялык директору болуп иштеген. Ал жетектеген архитектуралык топ Unix операциялык системасын жана C тилин жергиликтүү түрдө колдогон системаны түзүүгө умтулган. Ал кезде Unix да, C тили да жаңыдан пайда болуп жаткан, бирок үстөмдүк кылууга тийиш болгон. Ал кездеги өтө баалуу килобайт (КБ) эс тутум чегинен ашып өтүү үчүн, алар аткаруу кадамдарын аз талап кылган жана бир такттык циклдин ичинде тапшырмаларды аткара алган татаал инструкциялар топтомун киргизишкен.
Ошондой эле, инженерлер бөлүштүрүлгөн эсептөөнү ишке ашырууга мүмкүндүк берген жана бир нече түйүнгө маалыматтарды параллелдүү иштетүүгө мүмкүндүк берген VersaModule Eurocard (VME) параллелдүү шинасын колдогон чиптерди иштеп чыгышкан. VME менен шайкеш келген чиптер аларды реалдуу убакыт режиминде башкаруу үчүн колдонууга да мүмкүндүк берет.
Команда Unixтин өзүнүн версиясын жазып, ага өнөр жайлык автоматташтыруу жана ушул сыяктуу тиркемелер менен шайкештигин камсыз кылуу үчүн реалдуу убакыт режиминдеги мүмкүнчүлүктөрдү берген. Bell Labs инженерлери ошондой эле татаал логикалык дарбазалардагы кечигүүлөрдү азайтуу менен иштетүү ылдамдыгын жогорулаткан домино логикасын ойлоп табышкан.
Bellmac-32 модулу менен кошумча сыноо жана текшерүү ыкмалары иштелип чыгып, киргизилген, бул татаал көп чиптүү текшерүү жана сыноо долбоору Джен-Хсун Хуан жетектеген, татаал чиптерди өндүрүүдө нөлгө жакын же нөлгө жакын кемчиликтерге жетишкен. Бул өтө чоң масштабдуу интегралдык микросхема (VLSI) сыноосунун дүйнөсүндөгү биринчи сыноо болгон. Bell Labs инженерлери системалуу план иштеп чыгышып, кесиптештеринин ишин кайра-кайра текшерип, акырында бир нече чип үй-бүлөлөрүнүн ортосунда үзгүлтүксүз кызматташууга жетишип, толук микрокомпьютердик система менен жыйынтыкташкан.
Андан кийин эң татаал бөлүгү келет: чипти чыныгы өндүрүү.
«Ал кезде макеттөө, сыноо жана жогорку өндүрүмдүү өндүрүш технологиялары өтө эле аз болчу», - деп эскерет кийинчерээк Кореянын Илим жана технология боюнча алдыңкы институтунун (KAIST) президенти жана IEEEнин мүчөсү болгон Кан. Ал толук чипти текшерүү үчүн CAD куралдарынын жоктугу команданы чоң өлчөмдөгү Calcomp чиймелерин басып чыгарууга мажбурлаганын белгилейт. Бул схемалар транзисторлорду, зымдарды жана өз ара туташтыргычтарды каалаган натыйжаны берүү үчүн чиптин ичинде кантип жайгаштыруу керектигин көрсөтөт. Команда аларды полго скотч менен чогултуп, капталынан 6 метрден ашык чоң төрт бурчтуу чийме түздү. Кан жана анын кесиптештери ар бир схеманы түстүү карандаштар менен кол менен чийип, үзүлгөн туташууларды жана бири-бирине дал келген же туура эмес иштетилген өз ара туташтыргычтарды издешкен.
Физикалык долбоор аяктагандан кийин, команда дагы бир кыйынчылыкка туш болду: өндүрүш. Чиптер Пенсильвания штатынын Аллентаун шаарындагы Western Electric заводунда өндүрүлгөн, бирок Канг түшүмдүүлүк көрсөткүчү (пластинадагы чиптердин өндүрүмдүүлүк жана сапат стандарттарына жооп берген пайызы) өтө төмөн болгонун эскерет.
Бул маселени чечүү үчүн Канг жана анын кесиптештери күн сайын Нью-Джерсиден заводго машине менен барып, жеңдерин түрүп, полдорду шыпырып, сыноо жабдууларын калибрлөө сыяктуу зарыл болгон нерселердин баарын жасашкан, бул жол менен достук мамилени чыңдап, завод мурда эч качан чыгарууга аракет кылган эң татаал продукт чындап эле ошол жерде жасалышы мүмкүн экенине баарын ынандырышкан.
«Команда түзүү процесси ийгиликтүү өттү», - деди Канг. «Бир нече айдан кийин Western Electric компаниясы суроо-талаптан ашып түшкөн көлөмдө жогорку сапаттагы чиптерди чыгара алды».
Bellmac-32нин биринчи версиясы 1980-жылы чыгарылган, бирок ал күткөндөй болгон эмес. Анын максаттуу иштөө жыштыгы 4 МГц эмес, болгону 2 МГц болгон. Инженерлер ошол учурда колдонуп жаткан заманбап Takeda Riken сыноо жабдууларынын кемчиликтери бар экенин, зонд менен сыноо башынын ортосундагы электр берүү линиясынын таасири өлчөөлөрдүн так эместигине алып келерин аныкташкан. Алар Takeda Riken командасы менен биргеликте өлчөө каталарын оңдоо үчүн оңдоо таблицасын иштеп чыгышкан.
Экинчи муундагы Bellmac чиптеринин такттык жыштыгы 6,2 МГцтен ашып, кээде 9 МГцке чейин жеткен. Бул ошол кезде абдан тез деп эсептелген. IBM 1981-жылы өзүнүн биринчи компьютеринде чыгарган 16-биттик Intel 8088 процессорунун такттык жыштыгы болгону 4,77 МГц болгон.
Эмне үчүн Bellmac-32 андай кылган жок?'негизги агымга айланбайт
Беллмач-32 технологиясы келечектүү болгонуна карабастан, кеңири коммерциялык колдонууга ээ болгон эмес. Кондринин айтымында, AT&T 1980-жылдардын аягында жабдууларды чыгаруучу NCR компаниясын карап чыгып, кийинчерээк сатып алууларга өткөн, бул компаниянын ар кандай чип продуктуларын колдоону тандап алганын билдирген. Ошол учурда Bellmac-32нин таасири өсө баштаган.
«Bellmac-32ге чейин NMOS рынокто үстөмдүк кылчу», - деди Кондри. «Бирок CMOS ландшафтты өзгөрттү, анткени ал аны фабрикада ишке ашыруунун натыйжалуураак жолу болуп чыкты».
Убакыттын өтүшү менен бул түшүнүк жарым өткөргүчтөр тармагын өзгөрттү. CMOS заманбап микропроцессорлордун негизи болуп, үстөл компьютерлери жана смартфондор сыяктуу түзмөктөрдө санариптик революцияны күчөттү.
Bell Labs компаниясынын тайманбас эксперименти — текшерилбеген өндүрүш процессин колдонуп жана чип архитектурасынын бүтүндөй бир муунун камтыган — технология тарыхындагы маанилүү окуя болду.
Профессор Канг айткандай: «Биз мүмкүн болгон нерселердин алдыңкы сабында болчубуз. Биз жөн гана бар болгон жол менен ээрчип жүргөн жокпуз, биз жаңы жолду салып жатканбыз». Кийинчерээк Сингапур Микроэлектроника Институтунун директорунун орун басары болуп калган жана IEEE мүчөсү болгон профессор Хуан мындай деп кошумчалайт: «Буга чиптин архитектурасы жана дизайны гана эмес, ошондой эле кеңири масштабдуу чипти текшерүү да кирген – CADди колдонуу менен, бирок бүгүнкү күндөгү санариптик симуляция куралдары же ал тургай нан такталары жок (электрондук системанын схемалык дизайнын схема компоненттери биротоло бири-бирине туташканга чейин чиптерди колдонуп текшерүүнүн стандарттуу жолу).»
Кондри, Кан жана Хуан ошол мезгилди жылуу сезим менен эскерип, Bellmac-32 чип үй-бүлөсүн түзүүгө мүмкүнчүлүк берген көптөгөн AT&T кызматкерлеринин чеберчилигине жана берилгендигине суктанышат.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 19-майы