Энэ чип гарч ирсэн нь чипийн хөгжлийн чиглэлийг өөрчилсөн!
1970-аад оны сүүлээр 8 битийн процессорууд тухайн үеийн хамгийн дэвшилтэт технологи хэвээр байсан бөгөөд CMOS процессууд хагас дамжуулагчийн салбарт сул талтай байв. AT&T Bell Labs-ийн инженерүүд ирээдүй рүү зоригтой алхам хийж, чипийн гүйцэтгэлээрээ өрсөлдөгчдөөсөө илүү гарахын тулд IBM болон Intel-ээс давж гарахын тулд дэвшилтэт 3.5 микрон CMOS үйлдвэрлэлийн процессуудыг шинэлэг 32 битийн процессорын архитектуртай хослуулсан.
Тэдний зохион бүтээсэн Bellmac-32 микропроцессор нь 1971 онд гарсан Intel 4004 зэрэг өмнөх бүтээгдэхүүнүүдийн арилжааны амжилтанд хүрээгүй ч нөлөө нь гүн гүнзгий байсан. Өнөөдөр бараг бүх ухаалаг гар утас, зөөврийн компьютер, таблетын чипүүд нь Bellmac-32-ын анхдагч металл-оксид хагас дамжуулагч (CMOS) зарчмууд дээр суурилдаг.
1980-аад он ойртож байсан бөгөөд AT&T өөрийгөө өөрчлөхийг оролдож байв. "Ээжийн хонх" хочит харилцаа холбооны аварга компани хэдэн арван жилийн турш АНУ-ын дуут холбооны бизнесийг ноёрхож байсан бөгөөд түүний охин компани болох Western Electric нь Америкийн гэр, оффисуудад байдаг бараг бүх нийтлэг утсыг үйлдвэрлэж байв. АНУ-ын холбооны засгийн газар монополийн эсрэг үндэслэлээр AT&T-ийн бизнесийг тараахыг уриалсан боловч AT&T нь компьютерийн салбарт нэвтрэх боломжийг олж харсан.
Компьютерийн компаниуд зах зээл дээр аль хэдийн сайн байр суурь эзэлж байсан тул AT&T компани тэднийг гүйцэж түрүүлэхэд хэцүү байсан; түүний стратеги нь үсрэнгүй хөгжих байсан бөгөөд Bellmac-32 нь түүний тулгуур болсон юм.
Bellmac-32 чипний гэр бүл IEEE-ийн Milestone шагналаар шагнагдсан. Нээлтийн ёслол энэ жил Нью Жерси мужийн Мюррей Хилл дэх Nokia Bell Labs кампус болон Калифорни мужийн Маунтин Вью дэх Компьютерийн түүхийн музейд болно.
ӨВӨРМӨЦ ЧИП
AT&T-ийн удирдлагууд 8 битийн чипийн салбарын стандартыг дагахын оронд Bell Labs-ийн инженерүүдэд хувьсгалт бүтээгдэхүүн боловсруулахыг сорьсон: нэг цагийн мөчлөгт 32 бит өгөгдөл дамжуулах чадвартай анхны арилжааны микропроцессор. Энэ нь зөвхөн шинэ чип төдийгүй, мөн цахилгаан холбооны шилжүүлэлтийг зохицуулж, ирээдүйн тооцоолох системийн гол тулгуур болж чадах шинэ архитектурыг шаардаж байв.
"Бид зүгээр л илүү хурдан чип бүтээгээд байгаа юм биш" гэж Нью Жерси мужийн Холмдел дахь Bell Labs компанийн архитектурын бүлгийг удирддаг Майкл Кондри хэлэв. "Бид дуу хоолой болон тооцооллыг хоёуланг нь дэмжих боломжтой чип зохион бүтээхийг хичээж байна."
Тухайн үед CMOS технологийг NMOS болон PMOS загваруудын ирээдүйтэй боловч эрсдэлтэй хувилбар гэж үздэг байв. NMOS чипүүд нь хурдан боловч эрчим хүч их шаарддаг N хэлбэрийн транзисторууд дээр бүрэн тулгуурладаг байсан бол PMOS чипүүд нь хэт удаан эерэг цэнэгтэй нүхнүүдийн хөдөлгөөнд тулгуурладаг байв. CMOS нь эрчим хүч хэмнэхийн зэрэгцээ хурдыг нэмэгдүүлдэг эрлийз загварыг ашигласан. CMOS-ийн давуу талууд нь маш сонирхолтой байсан тул салбар хоёр дахин олон транзистор (хаалга бүрт NMOS болон PMOS) шаардлагатай байсан ч үнэ цэнэтэй гэдгийг удалгүй ойлгосон.
Мурын хуулиар тодорхойлсон хагас дамжуулагч технологийн хурдацтай хөгжлийн ачаар транзисторын нягтралыг хоёр дахин нэмэгдүүлэх зардал зохицуулж болохуйц болж, эцэстээ үл тоомсорлож эхэлсэн. Гэсэн хэдий ч Bell Labs энэхүү өндөр эрсдэлтэй мөрийтэй тоглоомыг эхлүүлэхэд томоохон хэмжээний CMOS үйлдвэрлэлийн технологи батлагдаагүй бөгөөд өртөг нь харьцангуй өндөр байв.
Энэ нь Bell Labs-ийг айлгаагүй. Тус компани Холмдел, Мюррей Хилл, Иллинойс мужийн Напервилл дэх кампусуудынхаа мэргэжлийн ур чадварыг ашиглан хагас дамжуулагч инженерүүдийн "мөрөөдлийн баг"-ийг бүрдүүлсэн. Багийн бүрэлдэхүүнд Кондри, чип дизайны од Стив Конн, өөр нэг микропроцессорын дизайнер Виктор Хуанг болон AT&T Bell Labs-ийн олон арван ажилтан багтжээ. Тэд 1978 онд шинэ CMOS процессыг эзэмшиж, 32 битийн микропроцессорыг эхнээс нь бүтээж эхэлсэн.
Дизайн архитектураас эхэл
Кондри нь IEEE-ийн гишүүн байсан бөгөөд хожим нь Intel-ийн технологийн ахлах захирлаар ажиллаж байжээ. Түүний удирдсан архитектурын баг Unix үйлдлийн систем болон C хэлийг уугуулаар дэмждэг систем бүтээхэд анхаарлаа хандуулж байв. Тухайн үед Unix болон C хэл хоёулаа эхэн үедээ байсан ч давамгайлах тавилантай байв. Тухайн үеийн килобайт (KB) гэсэн маш үнэ цэнэтэй санах ойн хязгаарыг давахын тулд тэд цөөн гүйцэтгэх алхам шаарддаг, нэг цагийн мөчлөгийн дотор даалгавруудыг гүйцэтгэж чаддаг нарийн төвөгтэй зааврын багцыг нэвтрүүлсэн.
Инженерүүд мөн VersaModule Eurocard (VME) зэрэгцээ автобусыг дэмждэг чипүүдийг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь тархсан тооцооллыг идэвхжүүлж, олон зангилаанд өгөгдлийг зэрэгцээ боловсруулах боломжийг олгодог. VME-тэй нийцтэй чипүүд нь тэдгээрийг бодит цагийн удирдлагад ашиглах боломжийг олгодог.
Тус баг нь Unix-ийн өөрийн хувилбарыг бичиж, үйлдвэрлэлийн автоматжуулалт болон үүнтэй төстэй програмуудтай нийцтэй байдлыг хангахын тулд бодит цагийн чадавхийг олгосон. Bell Labs-ийн инженерүүд мөн нарийн төвөгтэй логик хаалгануудын саатлыг бууруулснаар боловсруулалтын хурдыг нэмэгдүүлдэг домино логикийг зохион бүтээжээ.
Нэмэлт туршилт, баталгаажуулалтын техникүүдийг боловсруулж, нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь нарийн төвөгтэй чип үйлдвэрлэхэд тэг эсвэл бараг тэг согогтой байсан Жен-Хсун Хуаны удирдсан нарийн төвөгтэй олон чип баталгаажуулалт, туршилтын төсөл юм. Энэ нь дэлхийд маш том хэмжээний нэгдсэн хэлхээний (VLSI) туршилтын анхны тохиолдол байв. Bell Labs-ийн инженерүүд системчилсэн төлөвлөгөө боловсруулж, хамт ажиллагсдынхаа ажлыг олон удаа шалгаж, эцэст нь олон чип гэр бүлүүдийн хооронд тасралтгүй хамтын ажиллагааг бий болгож, бүрэн микрокомпьютерийн системд хүрсэн.
Дараа нь хамгийн хэцүү хэсэг ирдэг: чипийг бодитоор үйлдвэрлэх.
"Тухайн үед зохион байгуулалт, туршилт, өндөр бүтээмжтэй үйлдвэрлэлийн технологи маш хомс байсан" гэж хожим нь Солонгосын Дэвшилтэт Шинжлэх Ухаан, Технологийн Дэвшилтэт Хүрээлэнгийн (KAIST) ерөнхийлөгч, IEEE-ийн гишүүн болсон Кан дурсав. Тэрээр бүрэн чип баталгаажуулах CAD хэрэгслүүдийн хомсдол нь багийг том хэмжээтэй Calcomp зургийг хэвлэхэд хүргэсэн гэж тэмдэглэжээ. Эдгээр схемүүд нь хүссэн гаралтыг өгөхийн тулд транзистор, утас, холболтыг чип дотор хэрхэн байрлуулахыг харуулж байна. Баг тэдгээрийг шалан дээр туузаар угсарч, хажуу талдаа 6 метрээс дээш урттай аварга том дөрвөлжин зураг үүсгэсэн. Кан болон түүний хамтрагчид эвдэрсэн холболт, давхцаж буй эсвэл буруу боловсруулсан холболтуудыг хайж, хэлхээ бүрийг өнгийн харандаагаар гараар зурсан.
Физик зураг төсөл дууссаны дараа баг өөр нэг сорилттой тулгарсан: үйлдвэрлэл. Чипсийг Пенсильвани мужийн Аллентаун дахь Western Electric үйлдвэрт үйлдвэрлэсэн боловч Канг гарцын хэмжээ (цавуу дээрх чипсийн гүйцэтгэл болон чанарын стандартыг хангасан хувь) маш бага байсан гэж дурсдаг.
Үүнийг шийдвэрлэхийн тулд Канг болон түүний хамтрагчид өдөр бүр Нью Жерсигээс үйлдвэрт машинаар ирж, ханцуй шамлан, шал шүүрдэж, туршилтын тоног төхөөрөмжийг тохируулах зэрэг шаардлагатай бүх зүйлийг хийж, нөхөрлөлийг бий болгож, үйлдвэрийн үйлдвэрлэхийг оролдож байсан хамгийн нарийн төвөгтэй бүтээгдэхүүнийг тэнд үйлдвэрлэж болно гэдэгт хүн бүрийг итгүүлж байв.
"Баг бүрдүүлэх үйл явц жигд явагдсан" гэж Канг хэлэв. "Хэдэн сарын дараа Western Electric компани эрэлтээс давсан хэмжээгээр өндөр чанартай чип үйлдвэрлэж чадсан."
Bellmac-32-ын анхны хувилбар 1980 онд гарсан боловч хүлээлтийг хангаж чадаагүй юм. Түүний гүйцэтгэлийн зорилтот давтамж нь 4 МГц биш, ердөө 2 МГц байв. Инженерүүд тухайн үед ашиглаж байсан хамгийн сүүлийн үеийн Takeda Riken туршилтын төхөөрөмж нь алдаатай, датчик болон туршилтын толгойн хоорондох дамжуулах шугамын нөлөөллөөс болж хэмжилт буруу хийгдсэн болохыг олж мэджээ. Тэд хэмжилтийн алдааг засах залруулгын хүснэгтийг боловсруулахын тулд Takeda Riken багтай хамтран ажилласан.
Хоёр дахь үеийн Bellmac чипүүд нь 6.2 МГц-ээс давсан, заримдаа 9 МГц хүртэл өндөр давтамжтай байв. Энэ нь тухайн үед нэлээд хурдан гэж тооцогддог байв. IBM 1981 онд анхны компьютер дээрээ гаргасан 16 битийн Intel 8088 процессор нь ердөө 4.77 МГц давтамжтай байв.
Bellmac-32 яагаад тэгээгүй вэ?'гол урсгал болж хувирахгүй
Bellmac-32 технологи нь ирээдүйтэй байсан ч өргөн хэрэглээнд нэвтэрч чадаагүй юм. Кондрейгийн хэлснээр AT&T компани 1980-аад оны сүүлээр тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч NCR компанийг сонирхож эхэлсэн бөгөөд хожим нь худалдан авалтад шилжсэн нь тус компани өөр өөр чип бүтээгдэхүүний шугамыг дэмжихээр шийдсэн гэсэн үг юм. Тэр үед Bellmac-32-ын нөлөө өсөн нэмэгдэж эхэлсэн байв.
"Bellmac-32-оос өмнө NMOS зах зээлд ноёрхож байсан" гэж Кондри хэлэв. "Гэхдээ CMOS нь үүнийг үйлдвэрт хэрэгжүүлэх илүү үр дүнтэй арга болох нь батлагдсан тул ландшафтыг өөрчилсөн."
Цаг хугацаа өнгөрөхөд энэхүү ойлголт нь хагас дамжуулагчийн салбарыг өөрчилсөн. CMOS нь орчин үеийн микропроцессоруудын үндэс суурь болж, ширээний компьютер, ухаалаг гар утас зэрэг төхөөрөмжүүдийн дижитал хувьсгалыг эрчимжүүлсэн.
Bell Labs-ийн туршилт хийгдээгүй үйлдвэрлэлийн процессыг ашиглан, чип архитектурын бүхэл бүтэн үеийг хамарсан зоримог туршилт нь технологийн түүхэн дэх чухал үйл явдал байв.
Профессор Кангийн хэлснээр: “Бид боломжтой зүйлсийн тэргүүн эгнээнд байсан. Бид зүгээр л одоо байгаа замаар яваад зогсохгүй, шинэ замыг нээж байсан.” Хожим нь Сингапурын Микроэлектроникийн хүрээлэнгийн дэд захирал болсон, мөн IEEE-ийн гишүүн профессор Хуан нэмж хэлэхдээ: “Үүнд зөвхөн чипийн архитектур, дизайн төдийгүй, мөн CAD ашиглан хийсэн боловч өнөөгийн дижитал симуляцийн хэрэгслүүд эсвэл бүр талхны самбаргүйгээр (хэлхээний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хооронд нь байнга холбохоос өмнө чип ашиглан электрон системийн хэлхээний дизайныг шалгах стандарт арга) том хэмжээний чипийн баталгаажуулалт багтсан болно.”
Кондри, Канг, Хуанг нар тэр үеийг дурсан санаж, Bellmac-32 чипийн гэр бүлийг бий болгоход хүчин чармайлт гаргасан AT&T-ийн олон ажилчдын ур чадвар, тууштай байдлыг биширч байгаагаа илэрхийлж байна.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 5-р сарын 19