De komst fan dizze chip feroare de koers fan chipûntwikkeling!
Oan 'e ein fan 'e jierren '70 wiene 8-bit-prosessors noch altyd de meast avansearre technology op dat stuit, en CMOS-prosessen wiene yn it neidiel op it mêd fan healgeleiders. Yngenieurs by AT&T Bell Labs namen in dappere stap yn 'e takomst, en kombinearren baanbrekkende 3,5-mikron CMOS-produksjeprosessen mei ynnovative 32-bit-prosessoararsjitektueren yn in poging om konkurrinten te oertreffen yn chipprestaasjes, en IBM en Intel te oertreffen.
Hoewol harren útfining, de Bellmac-32 mikroprosessor, it kommersjele súkses fan eardere produkten lykas de Intel 4004 (útbrocht yn 1971) net helle, wie de ynfloed derfan djipgeand. Tsjintwurdich binne de chips yn hast alle smartphones, laptops en tablets ôfhinklik fan 'e komplementêre metaalokside-healgelieder (CMOS) prinsipes dy't pionierd binne troch de Bellmac-32.
De jierren '80 kamen tichterby, en AT&T besocht himsels te transformearjen. Desennia lang hie de telekommunikaasjegigant mei de bynamme "Mother Bell" de stimkommunikaasjesektor yn 'e Feriene Steaten dominearre, en har dochterûndernimming Western Electric produsearre hast alle gewoane tillefoans yn Amerikaanske huzen en kantoaren. De Amerikaanske federale oerheid drong oan op it opsplitsen fan 'e bedriuwsaktiviteiten fan AT&T fanwegen antitrust, mar AT&T seach in kâns om it kompjûterfjild yn te gean.
Mei kompjûterbedriuwen dy't al goed fêstige wiene yn 'e merk, fûn AT&T it dreech om by te bliuwen; har strategy wie om in sprong foarút te meitsjen, en de Bellmac-32 wie har springplank.
De Bellmac-32-chipfamylje is eare mei in IEEE Milestone Award. De ûntbleatingsseremoanjes sille dit jier hâlden wurde op 'e kampus fan Nokia Bell Labs yn Murray Hill, New Jersey, en yn it Computer History Museum yn Mountain View, Kalifornje.
UNIKE CHIP
Ynstee fan de yndustrystandert fan 8-bit chips te folgjen, hawwe AT&T-bestjoerders de yngenieurs fan Bell Labs útdage om in revolúsjonêr produkt te ûntwikkeljen: de earste kommersjele mikroprosessor dy't 32 bits gegevens yn ien kloksyklus oerdrage koe. Dit easke net allinich in nije chip, mar ek in nije arsjitektuer - ien dy't telekommunikaasjewikseling oan koe en tsjinje koe as de rêchbonke fan takomstige kompjûtersystemen.
"Wy bouwe net allinich in rappere chip," sei Michael Condry, dy't de arsjitektuergroep liedt by de Holmdel, New Jersey, fasiliteit fan Bell Labs. "Wy besykje in chip te ûntwerpen dy't sawol stim as kompjûtergebrûk stypje kin."
Yn dy tiid waard CMOS-technology sjoen as in beloftefol mar riskant alternatyf foar NMOS- en PMOS-ûntwerpen. NMOS-chips fertrouden folslein op N-type transistors, dy't rap wiene mar enerzjysuchtich wiene, wylst PMOS-chips fertrouden op 'e beweging fan posityf laden gatten, wat te stadich wie. CMOS brûkte in hybride ûntwerp dat de snelheid ferhege wylst enerzjy besparre waard. De foardielen fan CMOS wiene sa oertsjûgjend dat de yndustry al gau realisearre dat sels as it twa kear safolle transistors nedich wie (NMOS en PMOS foar elke gate), it it wurdich wie.
Mei de rappe ûntwikkeling fan healgeleidertechnology, beskreaun troch de Wet fan Moore, waarden de kosten fan it ferdûbeljen fan de transistortichtens behearsber en úteinlik ferwaarloosber. Doe't Bell Labs lykwols oan dizze risikofolle gok begûn, wie de technology foar grutskalige CMOS-produksje net bewiisd en wiene de kosten relatyf heech.
Dit skrikte Bell Labs net ôf. It bedriuw brûkte de ekspertize fan har campussen yn Holmdel, Murray Hill, en Naperville, Illinois, en stelde in "dreamteam" fan healgeleideryngenieurs gear. It team bestie út Condrey, Steve Conn, in opkommende stjer yn chipûntwerp, Victor Huang, in oare mikroprosessorûntwerper, en tsientallen meiwurkers fan AT&T Bell Labs. Se begûnen yn 1978 in nij CMOS-proses te behearskjen en in 32-bit mikroprosessor fanôf it begjin te bouwen.
Begjin mei ûntwerparsjitektuer
Condrey wie in eardere IEEE Fellow en tsjinne letter as Chief Technology Officer fan Intel. It arsjitektuerteam dat hy liede wie ynsette foar it bouwen fan in systeem dat native stipe joech oan it Unix-bestjoeringssysteem en de taal C. Op dat stuit wiene sawol Unix as de taal C noch yn 'e bernetiid, mar se wiene ornearre om te dominearjen. Om de ekstreem weardefolle ûnthâldlimyt fan kilobytes (KB) op dat stuit te trochbrekken, yntrodusearren se in komplekse ynstruksjeset dy't minder útfieringstappen easke en taken binnen ien kloksyklus foltôgje koe.
Yngenieurs hawwe ek chips ûntworpen dy't de parallelle bus VersaModule Eurocard (VME) stypje, dy't ferspraat kompjûterjen mooglik makket en meardere knooppunten tastean om gegevens parallel te ferwurkjen. VME-kompatible chips meitsje it ek mooglik om se te brûken foar real-time kontrôle.
It team skreau syn eigen ferzje fan Unix en joech it real-time mooglikheden om kompatibiliteit mei yndustriële automatisearring en ferlykbere applikaasjes te garandearjen. Yngenieurs fan Bell Labs hawwe ek domino-logika útfûn, dy't de ferwurkingssnelheid ferhege troch fertragingen yn komplekse logyske poarten te ferminderjen.
Oanfoljende test- en ferifikaasjetechniken waarden ûntwikkele en yntrodusearre mei de Bellmac-32-module, in kompleks multi-chip ferifikaasje- en testprojekt ûnder lieding fan Jen-Hsun Huang dat nul of hast nul defekten berikte yn komplekse chipproduksje. Dit wie in primeur yn 'e wrâld fan tige grutskalige yntegreare sirkwy (VLSI) testen. Bell Labs-yngenieurs ûntwikkelen in systematysk plan, kontrolearren it wurk fan har kollega's werhelle, en berikten úteinlik naadleaze gearwurking oer meardere chipfamyljes, wat útmûne yn in kompleet mikrokompjûtersysteem.
Folgjende komt it meast útdaagjende diel: de eigentlike produksje fan 'e chip.
"Yn dy tiid wiene technologyen foar layout, test en hege-opbringst produksje tige seldsum," herinnert Kang him, dy't letter presidint waard fan it Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) en in fellow fan 'e IEEE. Hy merkt op dat it gebrek oan CAD-ark foar ferifikaasje fan folsleine chip it team twong om te grutte Calcomp-tekeningen út te printsjen. Dizze skematyske tekeningen litte sjen hoe't transistors, triedden en ynterferbiningen binnen in chip moatte wurde regele om de winske útfier te jaan. It team sette se op 'e flier yninoar mei tape, wêrtroch't in gigantyske fjouwerkante tekening foarme fan mear as 6 meter oan in kant. Kang en syn kollega's tekenen elk sirkwy mei de hân yn kleurde potloden, op syk nei brutsen ferbiningen en oerlappende of ferkeard behannele ynterferbiningen.
Doe't it fysike ûntwerp klear wie, stie it team foar in oare útdaging: produksje. De chips waarden produsearre yn 'e Western Electric-fabryk yn Allentown, Pennsylvania, mar Kang herinnert him dat de opbringst (it persintaazje chips op 'e wafer dy't foldogge oan prestaasjes- en kwaliteitsnormen) tige leech wie.
Om dit oan te pakken rieden Kang en syn kollega's alle dagen fanút New Jersey nei de fabryk, rôlen de mouwen op en diene wat nedich wie, ynklusyf it feegjen fan flierren en it kalibrearjen fan testapparatuer, om kameraadskip op te bouwen en elkenien te oertsjûgjen dat it meast komplekse produkt dat de fabryk ea besocht hie te produsearjen dêr yndie makke wurde koe.
"It teambuildingproses gie soepel," sei Kang. "Nei in pear moannen koe Western Electric chips fan hege kwaliteit produsearje yn hoemannichten dy't de fraach oertroffen."
De earste ferzje fan 'e Bellmac-32 waard útbrocht yn 1980, mar it foldie net oan 'e ferwachtingen. De doelfrekwinsje foar de prestaasje wie mar 2 MHz, net 4 MHz. De yngenieurs ûntdutsen dat de hypermoderne Takeda Riken-testapparatuer dy't se doe brûkten gebreken hie, mei transmissieline-effekten tusken de sonde en de testkop dy't ûnkrekte mjittingen feroarsaken. Se wurken gear mei it Takeda Riken-team om in korreksjetabel te ûntwikkeljen om de mjitfouten te korrigearjen.
De Bellmac-chips fan 'e twadde generaasje hienen kloksnelheden fan mear as 6,2 MHz, soms wol 9 MHz. Dit waard doe as frij rap beskôge. De 16-bit Intel 8088-prosessor dy't IBM yn 1981 yn syn earste PC útbrocht hie in kloksnelheid fan mar 4,77 MHz.
Wêrom Bellmac-32 net'net mainstream wurde
Nettsjinsteande syn belofte krige Bellmac-32-technology gjin brede kommersjele oannimmen. Neffens Condrey begon AT&T yn 'e lette jierren '80 te sjen nei apparatuerfabrikant NCR en gie letter oer op oanwinsten, wat betsjutte dat it bedriuw keas om ferskate chipproduktlinen te stypjen. Tsjin dy tiid wie de ynfloed fan Bellmac-32 begûn te groeien.
"Foar Bellmac-32 dominearre NMOS de merk," sei Condry. "Mar CMOS feroare it lânskip, om't it in effisjintere manier bliek te wêzen om it yn 'e fabryk te ymplementearjen."
Mei de tiid feroare dizze realisaasje de healgeleideryndustry. CMOS soe de basis wurde foar moderne mikroprosessors, en soe de digitale revolúsje yn apparaten lykas buroblêdkompjûters en smartphones oandriuwe.
It dappere eksperimint fan Bell Labs - mei in net-teste produksjeproses en in hiele generaasje chiparsjitektuer - wie in mylpeal yn 'e skiednis fan technology.
Lykas professor Kang it seit: "Wy stiene foaroan yn wat mooglik wie. Wy folgen net allinich in besteand paad, wy sleinen in nij paad." Professor Huang, dy't letter plakferfangend direkteur waard fan it Singapore Institute of Microelectronics en ek in IEEE Fellow is, foeget ta: "Dit omfette net allinich chiparsjitektuer en -ûntwerp, mar ek chipferifikaasje op grutte skaal - mei CAD, mar sûnder de digitale simulaasje-ark fan hjoed of sels breadboards (in standert manier om it circuitûntwerp fan in elektroanysk systeem mei chips te kontrolearjen foardat de circuitkomponinten permanint mei-inoar ferbûn binne)."
Condry, Kang en Huang sjogge mei genegenheid werom op dy tiid en uterje bewûndering foar de feardigens en tawijing fan 'e protte AT&T-meiwurkers waans ynspanningen de Bellmac-32-chipfamylje mooglik makken.
Pleatsingstiid: 19 maaie 2025