Il-wasla ta' din iċ-ċippa biddlet il-kors tal-iżvilupp taċ-ċippa!
Fl-aħħar tas-snin sebgħin, il-proċessuri ta' 8-bit kienu għadhom l-aktar teknoloġija avvanzata dak iż-żmien, u l-proċessi CMOS kienu żvantaġġati fil-qasam tas-semikondutturi. L-inġiniera f'AT&T Bell Labs ħadu pass kuraġġuż lejn il-futur, billi kkombinaw proċessi ta' manifattura CMOS ta' 3.5 mikron avvanzati ma' arkitetturi innovattivi ta' proċessuri ta' 32-bit fi sforz biex jegħlbu lill-kompetituri fil-prestazzjoni taċ-ċippa, u qabżu lil IBM u Intel.
Għalkemm l-invenzjoni tagħhom, il-mikroproċessur Bellmac-32, ma rnexxilhiex tikseb is-suċċess kummerċjali ta’ prodotti preċedenti bħall-Intel 4004 (rilaxxat fl-1971), l-influwenza tagħha kienet profonda. Illum, iċ-ċipep fi kważi l-ismartphones, il-laptops u t-tablets kollha jiddependu fuq il-prinċipji tas-semikondutturi tal-ossidu tal-metall komplementari (CMOS) li ġew pijunieri mill-Bellmac-32.
Is-snin tmenin kienu qed joqorbu, u AT&T kienet qed tipprova tittrasforma lilha nnifisha. Għal għexieren ta’ snin, il-ġgant tat-telekomunikazzjonijiet imlaqqam "Mother Bell" kien iddomina n-negozju tal-komunikazzjonijiet bil-vuċi fl-Istati Uniti, u s-sussidjarja tiegħu Western Electric kienet tipproduċi kważi t-telefowns komuni kollha fid-djar u l-uffiċċji Amerikani. Il-gvern federali tal-Istati Uniti ħeġġeġ it-tifrik tan-negozju ta’ AT&T fuq bażi ta’ antitrust, iżda AT&T rat opportunità biex tidħol fil-qasam tal-kompjuters.
Billi l-kumpaniji tal-kompjuters kienu diġà stabbiliti sew fis-suq, AT&T sabitha diffiċli biex tlaħħaq; l-istrateġija tagħha kienet li taqbeż 'il quddiem, u l-Bellmac-32 kien it-trampolin tagħha.
Il-familja taċ-ċippa Bellmac-32 ġiet onorata b’IEEE Milestone Award. Iċ-ċerimonji tal-inawgurazzjoni se jsiru din is-sena fil-kampus ta’ Nokia Bell Labs f’Murray Hill, New Jersey, u fil-Mużew tal-Istorja tal-Kompjuter f’Mountain View, California.
ĊIPPA UNIĊI
Minflok ma segwew l-istandard tal-industrija taċ-ċipep ta’ 8-bit, l-eżekuttivi tal-AT&T sfidaw lill-inġiniera tal-Bell Labs biex jiżviluppaw prodott rivoluzzjonarju: l-ewwel mikroproċessur kummerċjali kapaċi jittrasferixxi 32 bit ta’ dejta f’ċiklu wieħed tal-arloġġ. Dan kien jeħtieġ mhux biss ċippa ġdida iżda wkoll arkitettura ġdida—waħda li setgħet timmaniġġja l-iswiċċjar tat-telekomunikazzjoni u sservi bħala s-sinsla tas-sistemi tal-kompjuters tal-ġejjieni.
"Mhux biss qed nibnu ċippa aktar mgħaġġla," qal Michael Condry, li jmexxi l-grupp tal-arkitettura fil-faċilità ta' Bell Labs f'Holmdel, New Jersey. "Qed nippruvaw niddisinjaw ċippa li tista' tappoġġja kemm il-vuċi kif ukoll il-kompjuters."
Dak iż-żmien, it-teknoloġija CMOS kienet meqjusa bħala alternattiva promettenti iżda riskjuża għad-disinji NMOS u PMOS. Iċ-ċipep NMOS kienu jiddependu kompletament fuq transistors tat-tip N, li kienu veloċi iżda jużaw ħafna enerġija, filwaqt li ċ-ċipep PMOS kienu jiddependu fuq il-moviment ta’ toqob iċċarġjati b’mod pożittiv, li kien bil-mod wisq. Is-CMOS uża disinn ibridu li żied il-veloċità filwaqt li ffranka l-enerġija. Il-vantaġġi tas-CMOS kienu tant konvinċenti li l-industrija malajr indunat li anke jekk kien jeħtieġ id-doppju ta’ transistors (NMOS u PMOS għal kull bieb), kien jiswa.
Bl-iżvilupp mgħaġġel tat-teknoloġija tas-semikondutturi deskritta mil-Liġi ta' Moore, l-ispiża tal-irduppjar tad-densità tat-transistors saret maniġġabbli u eventwalment negliġibbli. Madankollu, meta Bell Labs bdew din l-imħatra ta' riskju għoli, it-teknoloġija tal-manifattura tas-CMOS fuq skala kbira ma kinitx ippruvata u l-ispiża kienet relattivament għolja.
Dan ma beżżax lil Bell Labs. Il-kumpanija użat l-għarfien espert tal-kampusijiet tagħha f'Holmdel, Murray Hill, u Naperville, Illinois, u ġabret "tim tal-ħolm" ta' inġiniera tas-semikondutturi. It-tim kien jinkludi lil Condrey, Steve Conn, stilla li qed titla' fid-disinn taċ-ċippijiet, Victor Huang, disinjatur ieħor ta' mikroproċessuri, u għexieren ta' impjegati minn AT&T Bell Labs. Huma bdew jimmasterizzaw proċess CMOS ġdid fl-1978 u bnew mikroproċessur ta' 32-bit mill-bidu.
Ibda bl-arkitettura tad-disinn
Condrey kien eks-IEEE Fellow u aktar tard serva bħala l-Uffiċjal Kap tat-Teknoloġija ta' Intel. It-tim tal-arkitettura li mexxa kien impenjat li jibni sistema li tappoġġja b'mod nattiv is-sistema operattiva Unix u l-lingwa C. Dak iż-żmien, kemm Unix kif ukoll il-lingwa C kienu għadhom fil-bidu tagħhom, iżda kienu destinati li jiddominaw. Sabiex jegħlbu l-limitu tal-memorja estremament prezzjuż ta' kilobytes (KB) dak iż-żmien, introduċew sett ta' struzzjonijiet kumpless li kien jeħtieġ inqas passi ta' eżekuzzjoni u seta' jlesti l-kompiti f'ċiklu wieħed tal-arloġġ.
L-inġiniera ddisinjaw ukoll ċipep li jappoġġjaw il-bus parallel VersaModule Eurocard (VME), li jippermetti l-komputazzjoni distribwita u jippermetti lil nodi multipli jipproċessaw id-dejta b'mod parallel. Iċ-ċipep kompatibbli mal-VME jippermettulhom ukoll li jintużaw għal kontroll f'ħin reali.
It-tim kiteb il-verżjoni tiegħu stess ta' Unix u taha kapaċitajiet f'ħin reali biex tiżgura kompatibilità mal-awtomazzjoni industrijali u applikazzjonijiet simili. L-inġiniera ta' Bell Labs ivvintaw ukoll il-loġika domino, li żiedet il-veloċità tal-ipproċessar billi naqqset id-dewmien f'bibien loġiċi kumplessi.
Ġew żviluppati u introdotti tekniki addizzjonali ta' ttestjar u verifika bil-modulu Bellmac-32, proġett kumpless ta' verifika u ttestjar b'ħafna ċippijiet immexxi minn Jen-Hsun Huang li kiseb żero jew kważi żero difetti fil-manifattura ta' ċippijiet kumplessi. Din kienet l-ewwel darba fid-dinja tat-test taċ-ċirkwit integrat fuq skala kbira ħafna (VLSI). L-inġiniera ta' Bell Labs żviluppaw pjan sistematiku, ivverifikaw ripetutament ix-xogħol tal-kollegi tagħhom, u fl-aħħar mill-aħħar kisbu kollaborazzjoni bla xkiel bejn familji multipli ta' ċippijiet, li laħqet il-qofol tagħha f'sistema kompluta ta' mikrokompjuter.
Imbagħad tiġi l-aktar parti diffiċli: il-manifattura attwali taċ-ċippa.
“Dak iż-żmien, it-teknoloġiji tat-tqassim, tat-test, u tal-manifattura b'rendiment għoli kienu skarsi ħafna,” jiftakar Kang, li aktar tard sar president tal-Istitut Avvanzat tax-Xjenza u t-Teknoloġija tal-Korea (KAIST) u fellow tal-IEEE. Huwa jinnota li n-nuqqas ta' għodod CAD għall-verifika taċ-ċippa sħiħa ġiegħel lit-tim jistampa tpinġijiet Calcomp kbar wisq. Dawn l-iskemi juru kif it-transistors, il-wajers, u l-interkonnessjonijiet għandhom jiġu rranġati ġewwa ċippa biex jagħtu l-output mixtieq. It-tim għaqqadhom mal-art bit-tejp, u fforma tpinġija kwadra ġganteska ta' aktar minn 6 metri fuq naħa. Kang u l-kollegi tiegħu pinġew kull ċirkwit bl-idejn b'lapsijiet tal-kulur, ifittxu konnessjonijiet miksura u interkonnessjonijiet li jikkoinċidu jew li ma ġewx immaniġġjati sew.
Ladarba d-disinn fiżiku tlesta, it-tim iffaċċja sfida oħra: il-manifattura. Iċ-ċipep ġew prodotti fl-impjant tal-Western Electric f'Allentown, Pennsylvania, iżda Kang jiftakar li r-rata ta' rendiment (il-perċentwal ta' ċipep fuq il-wejfer li laħqu l-istandards tal-prestazzjoni u l-kwalità) kienet baxxa ħafna.
Biex jindirizzaw dan, Kang u l-kollegi tiegħu saqu lejn l-impjant minn New Jersey kuljum, ixambru l-kmiem u għamlu dak kollu li kien meħtieġ, inkluż li jikinsu l-art u jikkalibraw it-tagħmir tat-test, biex jibnu ħbiberija u jikkonvinċu lil kulħadd li l-aktar prodott kumpless li l-impjant qatt ipprova jipproduċi seta' tabilħaqq isir hemmhekk.
“Il-proċess tat-twaqqif tat-tim mexa bla xkiel,” qal Kang. “Wara ftit xhur, Western Electric irnexxielha tipproduċi ċipep ta’ kwalità għolja fi kwantitajiet li qabżu d-domanda.”
L-ewwel verżjoni tal-Bellmac-32 ġiet rilaxxata fl-1980, iżda ma laħqitx l-aspettattivi. Il-frekwenza fil-mira tal-prestazzjoni tagħha kienet biss 2 MHz, mhux 4 MHz. L-inġiniera skoprew li t-tagħmir tat-test avvanzat Takeda Riken li kienu qed jużaw dak iż-żmien kien difettuż, b'effetti tal-linja ta' trasmissjoni bejn is-sonda u r-ras tat-test li jikkawżaw kejl mhux preċiż. Huma ħadmu mat-tim ta' Takeda Riken biex jiżviluppaw tabella ta' korrezzjoni biex jikkoreġu l-iżbalji fil-kejl.
Iċ-ċipep Bellmac tat-tieni ġenerazzjoni kellhom veloċitajiet tal-arloġġ li jaqbżu s-6.2 MHz, xi kultant saħansitra 9 MHz. Dan kien meqjus pjuttost veloċi dak iż-żmien. Il-proċessur Intel 8088 ta' 16-il bit li IBM ħarġet fl-ewwel PC tagħha fl-1981 kellu veloċità tal-arloġġ ta' 4.77 MHz biss.
Għaliex Bellmac-32 ma'ma jsirux mainstream
Minkejja l-wegħda tagħha, it-teknoloġija Bellmac-32 ma kisbitx adozzjoni kummerċjali mifruxa. Skont Condrey, AT&T bdiet tħares lejn il-produttur tat-tagħmir NCR fl-aħħar tas-snin tmenin u aktar tard daret għal akkwisti, li fisser li l-kumpanija għażlet li tappoġġja linji differenti ta' prodotti taċ-ċippa. Sa dak iż-żmien, l-influwenza ta' Bellmac-32 kienet bdiet tikber.
“Qabel Bellmac-32, l-NMOS iddomina s-suq,” qal Condry. “Iżda s-CMOS biddel ix-xenarju għax wera li kien mod aktar effiċjenti biex jiġi implimentat fil-fabbrika.”
Maż-żmien, din ir-realizzazzjoni tat forma ġdida lill-industrija tas-semikondutturi. Is-CMOS sar il-bażi għall-mikroproċessuri moderni, u b'hekk ta s-saħħa lir-rivoluzzjoni diġitali f'apparati bħal kompjuters tad-desktop u smartphones.
L-esperiment kuraġġuż ta' Bell Labs—li uża proċess ta' manifattura mhux ittestjat u li kopra ġenerazzjoni sħiħa ta' arkitettura taċ-ċippa—kien pass importanti fl-istorja tat-teknoloġija.
Kif jgħid il-Professur Kang: “Konna fuq quddiem nett ta’ dak li kien possibbli. Ma konniex biss qed insegwu triq eżistenti, konna qed niftħu triq ġdida.” Il-Professur Huang, li aktar tard sar viċi direttur tal-Istitut tal-Mikroelettronika ta’ Singapor u huwa wkoll Fellow tal-IEEE, iżid: “Dan inkluda mhux biss l-arkitettura u d-disinn taċ-ċippa, iżda wkoll verifika taċ-ċippa fuq skala kbira – bl-użu tal-CAD iżda mingħajr l-għodod ta’ simulazzjoni diġitali tal-lum jew saħansitra breadboards (mod standard kif jiġi ċċekkjat id-disinn taċ-ċirkwit ta’ sistema elettronika bl-użu taċ-ċippijiet qabel ma l-komponenti taċ-ċirkwit ikunu konnessi flimkien b’mod permanenti).”
Condry, Kang u Huang iħarsu lura lejn dak iż-żmien b’għożża u jesprimu ammirazzjoni għall-ħila u d-dedikazzjoni tal-ħafna impjegati tal-AT&T li l-isforzi tagħhom għamlu l-familja taċ-ċippa Bellmac-32 possibbli.
Ħin tal-posta: 19 ta' Mejju 2025