El naixement del microprocessador

L’Intel 4004 es considera el primer microprocessador (és a dir, el primer ordinador d’ús general d’un xip), però la creació d’Intel es va traduir en una combinació de treball dur, tempteig adequat i senzilla sort.

La història del xip comença realment el 1969 quan una empresa japonesa va anomenar Nippon Calculating Machine Corporation (però coneguda com Busicom, després del nom de les seves calculadores) va contractar amb Intel per construir els xips necessaris per a una nova calculadora. Busicom era una empresa de calculadores relativament petita que perdia quota de mercat en un mercat de consolidació ràpida i necessitava una nova solució. I Intel va ser una startup, fundada el 1968 amb prop de 200 empleats, principalment centrada en la creació de xips de memòria.

Tots dos necessitaven alguna cosa nova.

El cofundador d'Intel i el conseller delegat d'Intel, Robert Noyce, havien visitat Japó cap a finals del 1968, buscant clients. Noyce va mantenir una reunió amb Sharp, llavors un dels líders en calculadores, però Sharp ja tenia contractes existents. Així, Tadashi Sasaki de Sharp, va dir que va presentar Noyce al president de Busicom, Yoshio Kojima, i així va ser com va obtenir Intel el contracte per construir les fitxes per a la calculadora de Busicom.

Marcian Edward "Ted" Hoff, que es va incorporar a Intel com a empleat número 12 el 1968, va ser destinat a crear productes que permetessin que la gent passés de la memòria central més antiga als nous xips de Intel. Segons el seu relat, el primer projecte personalitzat d'Intel havia de fer-se per a una empresa que coneixia com Electro Technical Industries, però que la majoria va anomenar Busicom.

Segons Masatoshi Shima, aleshores un jove enginyer de Busicom, però destinat a convertir-se en una part important de l'equip de disseny, la companyia tenia previst construir una sèrie de xips de propòsit general "que s'utilitzessin no només per a una calculadora d'escriptori, sinó també per a una màquina comercial, com ara una màquina de facturació, una caixa registradora i un caixer. " Però Busicom no ho va dir a Intel en aquell moment, "perquè era el tema confidencial entre Busicom i NCR Japó", de manera que Intel va pensar que l'objectiu era només construir una calculadora més potent.

El contracte inicial es va signar l’abril de 1969, i a finals de juny, Shima i altres dos enginyers Busicom van arribar a Intel. El pla original tenia els enginyers Busicom que dissenyaven una sèrie de xips LSI i Intel que fabricaven els xips mitjançant la seva tecnologia MOS (metall-òxid-semiconductor). Intel havia de rebre 100.000 dòlars per crear els xips i després 50 dòlars per cada conjunt fabricat, Busicom comprometent-se a un mínim de 60.000 unitats.

Shima diu que el seu equip va proposar fer nou tipus de xips LSI, però, segons la majoria dels comptes, aviat es va convertir en una proposta de 12 xips, amb alguns dels xips que van necessitar de 3.000 a 5.000 transistors cadascun, una quantitat enorme per al 1969 quan la calculadora estàndard tenia sis xips, cadascun dels quals tenia de 600 a 1.000 transistors. Hoff va mirar els plans i va pensar que les fitxes eren massa complicades de fer i "que no podríem fabricar aquestes coses segons els objectius de preus".

Hoff va mirar el disseny i tenia diversos conceptes, incloent passar de l’aritmètica decimal a l’aritmètica binària, amb l’ús d’un xip de propòsit més general amb un conjunt d’instruccions senzill.

Hoff va pensar que el pla Busicom era excessivament complicat i en canvi va suggerir crear un xip de lògica d’ús general, amb gran part de les instruccions del programari emmagatzemades en xips de memòria. Tal com es cita a The Man Behind the Microchip (2006, Oxford University Press) de Leslie Berlin, Hoff va dirigir-se al conseller delegat d’Intel Noyce i va explicar el seu concepte, que consistiria en un microprocessador, dos xips de memòria i un registre de canvis. "Crec que podem fer alguna cosa per simplificar això", va dir Hoff. "Sé que es pot fer. Es pot fer per emular un ordinador." Tot i que no se li havia encarregat oficialment la tasca de dissenyar les fitxes per a la màquina, Noyce li va donar permís per continuar treballant en el concepte.

Hoff va treballar en els conceptes durant l'estiu i, amb l'enginyer Stanley Mazor, Hoff va crear un dibuix en bloc de l'arquitectura. Es tractaria d’un xip de 4 bits de lògica binària (a diferència del disseny decimal de Busicom) i emmagatzemaria els programes per executar les funcions de la calculadora en un xip de memòria, que era l’especialitat d’Intel en aquell moment.

Hi ha records diferents de com van reaccionar Shima i l'equip de Busicom al concepte. Segons Hoff, citat a The Intel Trinity (2014, HarperBusiness) de Michael S. Malone, "Així que vaig fer algunes propostes als enginyers japonesos perquè fessin alguna cosa en aquestes línies [l'arquitectura d'ús general] - i no els interessaven menys. "Van dir que reconeixien que el disseny era massa complicat, però treballaven en la simplificació i no estaven dissenyant calculadores i res més. Simplement no els interessava".

Masatoshi Shima, de Busicom, que dirigia el projecte des de la mort de Busicom, ho recorda una mica diferent. En una història oral, va dir, "sentia que la proposta de Hoff era bona, però si acceptàvem la proposta de Hoff tal com era, havíem de tornar a fer el projecte des del principi". Shima va assenyalar tots els detalls que Hoff encara no tenia.

A l'agost, Noyce va enviar una nota al president de Busicom, Yoshia Kojima, advertint-li que a causa de la complexitat del disseny de Busicom, no hi havia "cap possibilitat que poguéssim fabricar aquestes unitats per 50 dòlars / kit fins i tot per al kit més senzill" i suggerint el cost real. al voltant de 300 dòlars.

Va ser seguida d’una carta formal a Busicom i una reunió entre les dues empreses a l’octubre, on Busicom va decidir anar amb el disseny d’Intel. Però es tardaria fins al febrer de 1970 a acordar-se el contracte formal.

El paper de Faggin

Busicom esperava que Intel estigués treballant en el nou pla i va suggerir que la companyia havia de tenir un esquema de circuit substancialment finalitzat quan Shima, que havia tornat al Japó, venia a visitar el 7 d'abril de 1970. Però Intel tenia problemes amb altres xips i una caiguda a la indústria i no ha avançat. Dit d'una altra manera, tenia el concepte dels xips, incloent-hi els esquemes de blocs de com hauria de funcionar els xips, però no els dissenys reals dels xips: els detalls tècnics de com encaixarien i es podrien fabricar els transistors.

Per liderar aquest procés, Intel va contractar Federico Faggin de Fairchild Semiconductor. Segons el descriu, es va incorporar a la companyia aquella setmana, i una de les seves primeres tasques va ser conèixer Shima i explicar que Intel no tenia els xips preparats. "Ara tenia aquesta tasca on estic essencialment amb sis mesos de retard l'endemà de començar", va dir.

Tal com va descriure Faggin a la seva història sobre el naixement del microprocessador, "vaig treballar furiosament, de 12 a 16 hores al dia. Primer, vaig resoldre els problemes arquitectònics restants i després vaig establir els fonaments de l'estil de disseny que utilitzaria. el conjunt de xip. Finalment, vaig iniciar la lògica i el disseny del circuit i, després, la disposició dels quatre xips. Vaig haver de desenvolupar una nova metodologia per al disseny de lògica aleatòria amb tecnologia de portes de silici; no s'havia fet mai abans ".

Va treballar estretament amb Shima, que era nou en el disseny de MOS, però havia treballat en xips LSI, i junts van crear els xips que es convertirien en la família MCS-4. El model 4001 era un xip de memòria ROM de 2.048 bits dissenyat per mantenir la programació. El 4002 era un xip de memòria RAM de 320 bits dissenyat per ser una memòria cau de dades. El 4003 era un registre d'entrada-sortida de 10 bits per introduir les dades al processador principal i eliminar el resultat. I finalment, el model 4004 era una unitat lògica de processament central de 4 bits.

Per descomptat, es tractava d'un esforç herculenc, Faggin i Shima van desenvolupar fitxes molt més ràpid del que era normal. Els diferents xips es van trobar en diferents parts del procés en diferents moments, i a finals de desembre les primeres versions estaven a punt. Com de costum, aquests requerien algun retoc, però al març Faggin va enviar el primer 4004 completament operatiu a Shima, que aleshores havia tornat al Japó. Al final, el 4004 va ser un xip de silici únic que va mesurar un vuitè per un sisè de polzada amb 2.250 elements del circuit individual.

Al compte de Faggin, "Es va trigar una mica menys d'un any a passar de la idea a un producte en ple funcionament". Segons Shima, "A partir de la idea general de Busicom, [el desenvolupament] va durar aproximadament dos anys i tres mesos. I a l'abril de 1971, finalment la calculadora d'escriptori va funcionar públicament. Em va fer molta il·lusió!"

Intel obté drets

En el contracte inicial del xip, Busicom ostentava els drets exclusius al 4004. Però a la primavera del 1971, el mercat de les calculadores va disminuir, i Busicom volia renegociar el contracte. Si bé hi havia algunes preocupacions a Intel sobre la mida del mercat i el fet que Intel aleshores era una empresa de memòria, no una empresa de processament, Faggin, Hoff i Mazor van pressionar altres persones de l'empresa per recuperar els drets per vendre el xip. a altres clients.

Com recorda Hoff, "Un dels arguments que vaig obtenir de la màrqueting va ser sobre el moment en què vaig dir:" Hauríeu de tenir el dret de vendre-la ", va dir:" Mira, només venen prop de 20.000 miniordinadors cada any. I arribem tard al mercat i tindreu la sort d’obtenir un 10 per cent. Això és de 2.000 fitxes a l’any ”. I van dir: "Simplement no val la pena els mals de cap de suport i tot per a un mercat de només 2.000 fitxes".

Finalment, Noyce va signar l’acord i Intel va poder legalment vendre el xip a altres empreses, exceptuant els competidors de Busicom.

Però el 4004 no va trobar mai una gran audiència amb altres clients, en part per les seves limitacions: només es tractava d’un processador de quatre bits amb una memòria limitada. Mentre que Intel va anunciar formalment el xip en un número de Electronics News del 15 de novembre de 1971 sota el títol "Una nova era en l'electrònica integrada", amb una copia que ho proclamava "un ordinador microprogramable en un xip". Però la indústria i la mateixa Intel van estar a punt de passar a processadors més nous i millors.

El 8008 - Com desplaçar-se a la informàtica de 8 bits

No gaire temps després que Busicom s’acostés a Intel per fer xips per a la seva calculadora, Computer Terminals Corporation (CTC), que després s’anomenaria Datapoint, va sol·licitar a Intel una proposta de xips per a un nou terminal d’ordinador: una pantalla i un teclat dissenyats per connectar-se a un ordinador remot.. De nou, Hoff i Mazor van proposar un microprocessador per gestionar la lògica.

Hi va haver diverses grans diferències entre el 4004 i el 8008, tot i que apareixien no gaire. Per començar, el 8008 era un microprocessador de 8 bits, la qual cosa feia prou gran treballar 8 bits de dades, suficients per a un "byte" o un caràcter, alhora. A més, a diferència del 4004, que requeria els seus propis xips de memòria especial, el 1201 va ser dissenyat per utilitzar memòria estàndard.

El projecte es va iniciar el desembre de 1969 amb una reunió amb Andrew Grove en què Datapoint va demanar xips per a un ordinador de 8 bits. Segons Mazor, va fer tres propostes a Datapoint: dues variacions en una "pila de registres" de 8 bits i "una CPU completa de 8 bits en un xip". Arribats a aquest punt, Mazor i Hoff ja havien treballat en el projecte Busicom que inclouria el 4004.

Al mateix temps, Datapoint va demanar a Texas Instruments un disseny similar. En algunes narracions, Datapoint va portar a Hallas i Mazor l'esquema a Dallas, on la idea va començar a convertir-se en un programa de desenvolupament del laboratori de semiconductors de TI.

Mazor diu que creu que és molt probable que TI proposés inicialment un conjunt multi-xip i que llavors Datapoint va portar la proposta d'Intel a TI, de manera que TI va intentar construir un xip amb aquesta especificació. Però Mazor diu que el xip TI no podria haver funcionat perquè la seva especificació tenia un "defecte".

Intel va contractar Hal Feeney el març del 1970 per treballar en el disseny específic del xip, llavors conegut com el 1201, tant com Faggin havia treballat al 4004; i de fet, cadascun va ajudar en l’altre projecte. El treball sobre el 1201 va continuar fins a mitjan 1970, però a Intel li va preocupar si Datapoint utilitzaria el xip, de manera que es va treballar en hiatus, mentre que Mazor i altres van treballar més en el 4004.

Texas Instruments va tenir un disseny de xip el març del 1971, que hauria passat un parell de mesos abans que el 4004 funcionés, i en realitat va anunciar el seu xip al juliol del 1971, diversos mesos abans de l'anunci del 4004. Però aquest xip aparentment no s’ha enviat mai.

Però l'anunci de TI va estimular Intel, i en particular Grove, per redoblar els seus esforços el 1201. Al final, Datapoint no va utilitzar ni xips Intel ni TI. En canvi, quan Intel va completar el disseny, el Datapoint 2200 va ser introduït mitjançant xips TTL convencionals.

Tot i que Datapoint no estava interessat, Intel començava a veure interès d'altres empreses, com Seiko, que volia construir una calculadora científica de 8 bits.

Al voltant d'aquest punt, Intel va començar a pensar més seriosament sobre els noms. El sistema de denominació original d'Intel es basava en els diferents tipus de peces que creava, de manera que cada xip de la família hauria tingut nombres diferents. Faggin diu que va afrontar el nom de la família 4.000 perquè era més consistent. Així, després de la introducció del 4004, el departament de màrqueting va canviar el 1201 al 8008 per reflectir el seu xip de 8 bits, i això va ser anomenat 8008 quan es va introduir l’abril de 1972. El 8008 va suposar un gran esforç d’Intel en la comercialització de microprocessador. i va suposar la creació del Grup de Sistemes de Microordinadors i la creació de taulers i sistemes de desenvolupament. Això, al seu torn, va contribuir a impulsar la creació de diversos dispositius de 8 bits, incloses algunes de les màquines que eren microcomputadores primerenques.

Qui es mereix el crèdit?

Amb els anys, hi ha hagut molts debats sobre el 4004, el seu lloc com a primer microprocessador i el crèdit que es mereixia cadascun dels participants.

La història dels circuits integrats és una de més i més integració, de manera que la idea que podríeu acabar de posar totes les funcions que voleu en una "CPU en un xip" va quedar certament a l'aire a la fi dels anys seixanta.

Intel no va ser sol al reconèixer la necessitat d’un processador d’ús general, ja que hi havia massa clients que volien que els processadors dissenyessin un xip personalitzat per a cadascun d’ells. Més tard, Hoff i Noyce escriurien "Si continués… el nombre de circuits necessaris proliferarà més enllà del nombre de dissenyadors de circuits. Al mateix temps, l'ús relatiu de cada circuit cauria… El cost del disseny augmentat i la disminució de l'ús evitarien els fabricants amortitzant costos sobre una gran població d’usuaris i reduiria els avantatges de la corba d’aprenentatge ".

"La gent havia parlat d'un ordinador en un xip durant anys", va dir el cofundador d'Intel, Gordon Moore, "però en el futur sempre va ser allà. El que va veure Ted era que, amb la complexitat amb la qual ja estàvem treballant, tu. en realitat podria fer un circuit integrat com aquest. Aquest va ser el gran avenç conceptual ".

I fins i tot fins i tot Ted Hoff ha minvat la importància del concepte. "La invenció real del microprocessador no era tan important com simplement apreciar que existia un mercat per a una cosa així".

Però hi havia altres candidats al títol de primer microprocessador. Texas Instruments va anunciar una "CPU-on-a-chip" a l'abril de 1971, dissenyada inicialment com a xip de contracte per Computer Terminal Corporation (més endavant Datapoint). Això aparentment mai va funcionar i, de fet, Intel estava treballant en un xip per a CTC amb la mateixa especificació; es coneixia amb el nom de 1201 i acabaria amb el nom de 8008. Potser més important, a finals de 1971, l’enginyer de Texas Instruments Gary Boone i Michael Cochrane van produir el primer prototip d’un circuit integrat que incloïa un circuit d’entrada-sortida, memòria i un centre. processador tot en un xip, a diferència del conjunt de quatre xips MCS-4. Conegut com el TMS1000, es va utilitzar inicialment en una calculadora de TI i va estar disponible comercialment el 1974. Boone va rebre una patent per a la seva CPU el 1973, i després Boone i Cochran van rebre una patent per a un ordinador en un xip.

El advocat d'Intel era escèptic de fer grans reclamacions i va resistir el desig de Hoff de patentar l'obra com a "ordinador" perquè seria tan complicat i perquè altres tenien el concepte de posar un ordinador en un xip. Segons Hoff, "va dir que no valien la pena i, essencialment, es va negar en aquell moment a escriure una patent". En canvi, van presentar patents més específiques i més limitades. Intel va rebre dues patents: Hoff, Mazor i Faggin van rebre una sobre "El sistema de memòria per a un ordinador digital multi-xip", que cobreix l'organització de bus extern i l'esquema d'adreçament de memòria del conjunt de xips Intel MCS-4, mentre que Faggin en va rebre una per a un circuit que podria restablir la CPU quan s'encén.

Anys després, l'inventor Gilbert Hyatt obtindria una patent sobre el microprocessador, que va presentar el 1970, basant-se en un invent que va dir que va fer el 1968 a la seva empresa Microcomputer Inc. Però sembla que no es va fabricar. Mentrestant, Fairchild, IBM, Signetics, Four-Face i RCA també treballaven en dispositius similars a microprocessador. Tot i així, el 4004 es considera gairebé universalment el primer microprocessador.

Entre l'equip d'Intel, també hi va haver controvèrsies sobre la divisió del crèdit. La majoria dels observadors acrediten als quatre homes directament implicats en la creació del xip, però no sempre és així.

Faggin havia d'abandonar Intel a finals de 1974, pocs mesos després de la introducció del 8080, per iniciar Zilog, prenent amb ell Shima i altres enginyers d'Intel i, segons Faggin, això va enfadar Andy Grove d'Intel. Malone cita Faggin, dient que "me'n recordo que em va dir: mai no triomfaràs, no importa el que facis. No tindràs res a dir als teus fills i néts." El que era implícit en aquestes paraules era que no tindria cap herència en els semiconductors. Que mai no se'm donaria crèdit pel que vaig fer a Intel. Era com si em llancessin una maledicció."

Si fos o no tan dramàtic, sembla que Intel va concedir la major part del crèdit a Hoff, i això ha continuat en moltes històries. Per exemple, tant TR Reid a The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks) com The New Alchemists de Dirk Hansen (1983, The Book Service Ltd) donen gairebé un únic crèdit a Hoff, com fa el biògraf de Grove Richard Tedlow. De fet, Malone diu que a partir d’aleshores, Intel va concedir tot el crèdit del microprocessador a Hoff i cap a Faggin fins al 2009 amb l’estrena de The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), un documental sobre la fundació de Silicon Valley..

Però hi ha altres històries que posen de manifest el paper de Faggin (i les de Shima i Mazor, que encara són més sovint oblidades), que es remunten a les entrevistes que Hoff va donar als anys vuitanta. El 1993, una publicació Intel que celebrava el 25è aniversari de la companyia va acreditar a Hoff la solució i li va donar una imatge de pàgina gairebé completa, però Faggin va ser reconeguda per convertir "la visió de Hoff en la realitat del silici". L’any 1996, ja que estàvem celebrant el 25è aniversari del microprocessador en un esdeveniment a Comdex, Intel em va ajudar a posar-me en contacte amb els quatre creadors, que van rebre el premi PC Magazine Lifetime Achievement.

De fet, sembla important acreditar els quatre homes: Hoff per la seva visió i els conceptes bàsics, Mazor per a la programació i el treball en els esquemes de blocs, Shima per crear el disseny lògic i Faggin per crear el impressionant disseny de silici per als xips. Junts van crear el primer microprocessador de propòsit general i, per fer-ho, van crear els fonaments no només per al que es convertiria en la indústria informàtica personal, sinó també per a un nombre incomptable d’altres dispositius electrònics. Es venden milers de milions de microprocessadors cada any, tots molt més complexos que els 4004 originals, i sense ells, el nostre món electrònic modern seria impossible.