ამ ჩიპის გამოჩენამ ჩიპების განვითარების მიმდინარეობა შეცვალა!
1970-იანი წლების ბოლოს, 8-ბიტიანი პროცესორები იმ დროისთვის კვლავ ყველაზე მოწინავე ტექნოლოგიას წარმოადგენდა და CMOS პროცესები ნახევარგამტარების სფეროში არახელსაყრელ მდგომარეობაში იმყოფებოდა. AT&T Bell Labs-ის ინჟინრებმა მომავლისკენ თამამი ნაბიჯი გადადგეს და ჩიპების მუშაობის მხრივ კონკურენტებს IBM-სა და Intel-ს გაუსწრეს, რითაც 3.5 მიკრონიანი CMOS წარმოების პროცესები ინოვაციურ 32-ბიტიან პროცესორულ არქიტექტურასთან გააერთიანეს.
მიუხედავად იმისა, რომ მათმა გამოგონებამ, Bellmac-32 მიკროპროცესორმა, ვერ მიაღწია კომერციულ წარმატებას ისეთივე ადრეული პროდუქტების მსგავსად, როგორიცაა Intel 4004 (გამოშვებული 1971 წელს), მისი გავლენა დიდი იყო. დღესდღეობით, თითქმის ყველა სმარტფონის, ლეპტოპის და პლანშეტის ჩიპები ეყრდნობა Bellmac-32-ის მიერ დანერგილ კომპლემენტარულ ლითონ-ოქსიდის ნახევარგამტარულ (CMOS) პრინციპებს.
1980-იანი წლები ახლოვდებოდა და AT&T ტრანსფორმაციას ცდილობდა. ათწლეულების განმავლობაში, ტელეკომუნიკაციების გიგანტი, მეტსახელად „დედა ზარი“, დომინირებდა შეერთებულ შტატებში ხმოვანი კომუნიკაციების ბიზნესში, ხოლო მისი შვილობილი კომპანია Western Electric ამერიკულ სახლებსა და ოფისებში თითქმის ყველა გავრცელებულ ტელეფონს აწარმოებდა. აშშ-ს ფედერალურმა მთავრობამ ანტიმონოპოლიური მიზეზების გამო მოუწოდა AT&T-ის ბიზნესის დაშლას, მაგრამ AT&T-მ დაინახა შესაძლებლობა, შესულიყო კომპიუტერულ სფეროში.
რადგან კომპიუტერული კომპანიები ბაზარზე უკვე კარგად იყვნენ დამკვიდრებულნი, AT&T-ს გაუჭირდა მის დაწევა; მისი სტრატეგია წინსვლა იყო, ხოლო Bellmac-32 მისი პლაცდარმი იყო.
Bellmac-32 ჩიპების ოჯახი IEEE Milestone Award-ით დაჯილდოვდა. გახსნის ცერემონია წელს Nokia Bell Labs-ის კამპუსში, მიურეი ჰილში, ნიუ ჯერსიში და კომპიუტერული ისტორიის მუზეუმში, მაუნტინ ვიუში, კალიფორნიაში გაიმართება.
უნიკალური ჩიპი
8-ბიტიანი ჩიპების ინდუსტრიული სტანდარტის დაცვის ნაცვლად, AT&T-ის ხელმძღვანელებმა Bell Labs-ის ინჟინრებს რევოლუციური პროდუქტის შემუშავება შესთავაზეს: პირველი კომერციული მიკროპროცესორი, რომელსაც შეეძლო 32 ბიტიანი მონაცემების გადაცემა ერთ საათის ციკლში. ამისთვის არა მხოლოდ ახალი ჩიპი, არამედ ახალი არქიტექტურაც იყო საჭირო - ისეთი, რომელსაც შეეძლო ტელეკომუნიკაციების გადართვის მართვა და მომავლის გამოთვლითი სისტემების ხერხემლის როლის შესრულება.
„ჩვენ უბრალოდ უფრო სწრაფ ჩიპს არ ვქმნით“, - თქვა მაიკლ კონდრიმ, რომელიც Bell Labs-ის ჰოლმდელის (ნიუ ჯერსი) ობიექტის არქიტექტურის ჯგუფს ხელმძღვანელობს. „ჩვენ ვცდილობთ შევქმნათ ჩიპი, რომელსაც შეუძლია როგორც ხმის, ასევე გამოთვლითი სიგნალების მხარდაჭერა“.
იმ დროს CMOS ტექნოლოგია NMOS და PMOS დიზაინების პერსპექტიულ, თუმცა სარისკო ალტერნატივად მიიჩნეოდა. NMOS ჩიპები მთლიანად ეყრდნობოდა N-ტიპის ტრანზისტორებს, რომლებიც სწრაფი, მაგრამ ენერგომოხმარებადი იყო, ხოლო PMOS ჩიპები დადებითად დამუხტული ხვრელების მოძრაობაზე იყო დამოკიდებული, რაც ძალიან ნელი იყო. CMOS იყენებდა ჰიბრიდულ დიზაინს, რომელიც ზრდიდა სიჩქარეს და ამავდროულად ზოგავდა ენერგიას. CMOS-ის უპირატესობები იმდენად შთამბეჭდავი იყო, რომ ინდუსტრიამ მალევე გააცნობიერა, რომ მაშინაც კი, თუ საჭირო იქნებოდა ორჯერ მეტი ტრანზისტორი (NMOS და PMOS თითოეული კარიბჭისთვის), ეს ღირდა.
მურის კანონით აღწერილი ნახევარგამტარული ტექნოლოგიის სწრაფი განვითარებით, ტრანზისტორის სიმკვრივის გაორმაგების ღირებულება მართვადი და საბოლოოდ უმნიშვნელო გახდა. თუმცა, როდესაც Bell Labs-მა ეს მაღალი რისკის მქონე რისკი წამოიწყო, მასშტაბური CMOS წარმოების ტექნოლოგია დაუმტკიცებელი იყო და ღირებულება შედარებით მაღალი.
ამან Bell Labs არ შეაშინა. კომპანიამ გამოიყენა ჰოლმდელის, მიურეი ჰილისა და ნეიპერვილის (ილინოისი) კამპუსების ექსპერტიზა და შეკრიბა ნახევარგამტარული ინჟინრების „ოცნების გუნდი“. გუნდში შედიოდნენ კონდრი, ჩიპების დიზაინის ამომავალი ვარსკვლავი სტივ კონი, კიდევ ერთი მიკროპროცესორის დიზაინერი ვიქტორ ჰუანგი და AT&T Bell Labs-ის ათობით თანამშრომელი. მათ 1978 წელს დაიწყეს ახალი CMOS პროცესის დაუფლება და 32-ბიტიანი მიკროპროცესორის ნულიდან აწყობა.
დაიწყეთ დიზაინის არქიტექტურით
კონდრი IEEE-ს ყოფილი წევრი იყო, მოგვიანებით კი Intel-ის ტექნოლოგიების მთავარი დირექტორის თანამდებობა დაიკავა. მის მიერ ხელმძღვანელობით არქიტექტურის გუნდი ორიენტირებული იყო ისეთი სისტემის შექმნაზე, რომელიც ბუნებრივად უჭერდა მხარს Unix ოპერაციულ სისტემას და C ენას. იმ დროს როგორც Unix, ასევე C ენა ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზე იყო, მაგრამ განწირული იყო დომინირებისთვის. იმ დროისთვის კილობაიტების (KB) უაღრესად ღირებული მეხსიერების ლიმიტის გადასალახავად, მათ შემოიღეს რთული ინსტრუქციების ნაკრები, რომელიც ნაკლებ შესრულების ნაბიჯებს მოითხოვდა და დავალებების შესრულებას ერთი საათის ციკლის განმავლობაში შეძლებდა.
ინჟინრებმა ასევე შეიმუშავეს ჩიპები, რომლებიც მხარს უჭერენ VersaModule Eurocard (VME) პარალელურ ავტობუსს, რომელიც საშუალებას იძლევა განაწილებული გამოთვლების გამოყენებისა და მონაცემების პარალელურად დამუშავების საშუალებას აძლევს მრავალ კვანძს. VME-თავსებადი ჩიპები ასევე საშუალებას იძლევა მათი გამოყენება რეალურ დროში კონტროლისთვის.
გუნდმა დაწერა Unix-ის საკუთარი ვერსია და მისცა მას რეალურ დროში მუშაობის შესაძლებლობები, რათა უზრუნველყოფილიყო თავსებადობა სამრეწველო ავტომატიზაციასთან და მსგავს აპლიკაციებთან. Bell Labs-ის ინჟინრებმა ასევე გამოიგონეს დომინოს ლოგიკა, რომელმაც გაზარდა დამუშავების სიჩქარე რთული ლოგიკური კარიბჭეების შეფერხებების შემცირებით.
დამატებითი ტესტირებისა და ვერიფიკაციის ტექნიკები შემუშავდა და დაინერგა Bellmac-32 მოდულით, რომელიც ჯენ-ჰსუნ ჰუანგის ხელმძღვანელობით წარმოადგენდა რთულ მრავალჩიპიან ვერიფიკაციისა და ტესტირების პროექტს, რომელმაც მიაღწია ნულოვან ან თითქმის ნულოვან დეფექტებს კომპლექსური ჩიპების წარმოებაში. ეს იყო მსოფლიოში პირველი შემთხვევა ძალიან მასშტაბური ინტეგრირებული სქემის (VLSI) ტესტირებისა. Bell Labs-ის ინჟინრებმა შეიმუშავეს სისტემატური გეგმა, განმეორებით შეამოწმეს კოლეგების მუშაობა და საბოლოოდ მიაღწიეს შეუფერხებელ თანამშრომლობას მრავალ ჩიპურ ოჯახს შორის, რაც სრულ მიკროკომპიუტერულ სისტემაში კულმინაციას მიაღწია.
შემდეგ მოდის ყველაზე რთული ნაწილი: ჩიპის წარმოება.
„იმ დროს განლაგების, ტესტირებისა და მაღალი მოსავლიანობის წარმოების ტექნოლოგიები ძალიან მწირი იყო“, - იხსენებს კანგი, რომელიც მოგვიანებით კორეის მოწინავე მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის (KAIST) პრეზიდენტი და IEEE-ს წევრი გახდა. ის აღნიშნავს, რომ სრული ჩიპის ვერიფიკაციისთვის CAD ინსტრუმენტების ნაკლებობამ გუნდი აიძულა, დაებეჭდა Calcomp-ის დიდი ზომის ნახაზები. ეს სქემები აჩვენებს, თუ როგორ უნდა განლაგდეს ტრანზისტორები, მავთულები და ურთიერთდაკავშირებული მოწყობილობები ჩიპში სასურველი გამომავალი სიმძლავრის მისაღებად. გუნდმა ისინი იატაკზე ლენტით ააწყო და შექმნა გიგანტური კვადრატული ნახატი, რომლის გვერდიც 6 მეტრზე მეტი იყო. კანგი და მისი კოლეგები თითოეული სქემა ხელით ხატავდნენ ფერადი ფანქრებით, ეძებდნენ გაწყვეტილ კავშირებს, გადაფარვას ან არასწორად დამუშავებულ ურთიერთდაკავშირებულ ნაწილებს.
ფიზიკური დიზაინის დასრულების შემდეგ, გუნდი კიდევ ერთი გამოწვევის წინაშე აღმოჩნდა: წარმოება. ჩიპები იწარმოებოდა Western Electric-ის ქარხანაში ალენთაუნში, პენსილვანიის შტატში, თუმცა კანგი იხსენებს, რომ მოსავლიანობის კოეფიციენტი (ვაფლზე არსებული ჩიპების პროცენტული მაჩვენებელი, რომელიც აკმაყოფილებდა მუშაობისა და ხარისხის სტანდარტებს) ძალიან დაბალი იყო.
ამ პრობლემის მოსაგვარებლად, კანგი და მისი კოლეგები ყოველდღე ნიუ-ჯერსიდან ქარხანაში ჩადიოდნენ, სახელოებს იკრავდნენ და აკეთებდნენ ყველაფერს, რაც საჭირო იყო, მათ შორის იატაკის გაწმენდას და სატესტო აღჭურვილობის დაკალიბრებას, რათა მეგობრული ურთიერთობა ჩამოეყალიბებინათ და ყველა დაერწმუნებინათ, რომ ქარხანას ოდესმე უცდია ყველაზე რთული პროდუქტის წარმოება იქ ნამდვილად შეიძლებოდა.
„გუნდის შექმნის პროცესი შეუფერხებლად წარიმართა“, - თქვა კანგმა. „რამდენიმე თვის შემდეგ, Western Electric-მა შეძლო მაღალი ხარისხის ჩიპების წარმოება მოთხოვნაზე მეტი რაოდენობით“.
Bellmac-32-ის პირველი ვერსია 1980 წელს გამოვიდა, თუმცა მან მოლოდინები ვერ გაამართლა. მისი სამიზნე სიხშირე მხოლოდ 2 MHz იყო და არა 4 MHz. ინჟინრებმა აღმოაჩინეს, რომ იმ დროს მათ მიერ გამოყენებული უახლესი Takeda Riken-ის სატესტო მოწყობილობა დეფექტური იყო, რადგან ზონდსა და სატესტო თავს შორის გადამცემი ხაზის ეფექტები არაზუსტ გაზომვებს იწვევდა. ისინი Takeda Riken-ის გუნდთან ერთად მუშაობდნენ გაზომვის შეცდომების გამოსასწორებლად კორექტირების ცხრილის შესაქმნელად.
მეორე თაობის Bellmac ჩიპებს ჰქონდათ 6.2 MHz-ზე მეტი, ზოგჯერ 9 MHz-მდე მაღალი სიხშირე. ეს იმ დროს საკმაოდ სწრაფად ითვლებოდა. 16-ბიტიანი Intel 8088 პროცესორი, რომელიც IBM-მა გამოუშვა თავის პირველ კომპიუტერში 1981 წელს, ჰქონდა მხოლოდ 4.77 MHz სიხშირე.
რატომ არ გააკეთა Bellmac-32-მა...'არ გახდეს მეინსტრიმი
მიუხედავად მისი პერსპექტივისა, Bellmac-32 ტექნოლოგიამ ფართო კომერციული გამოყენება ვერ მოიპოვა. კონდრის თქმით, AT&T-მ აღჭურვილობის მწარმოებელი NCR-ის განხილვა 1980-იანი წლების ბოლოს დაიწყო და მოგვიანებით შესყიდვებზე გადაერთო, რაც ნიშნავდა, რომ კომპანიამ ჩიპების სხვადასხვა პროდუქტის ხაზის მხარდაჭერა გადაწყვიტა. იმ დროისთვის Bellmac-32-ის გავლენა უკვე იზრდებოდა.
„Bellmac-32-ის გამოშვებამდე NMOS დომინირებდა ბაზარზე“, - თქვა კონდრიმ. „მაგრამ CMOS-მა შეცვალა სიტუაცია, რადგან ის აღმოჩნდა უფრო ეფექტური გზა მისი ქარხანაში დანერგვისთვის“.
დროთა განმავლობაში, ამ გაცნობიერებამ შეცვალა ნახევარგამტარული ინდუსტრია. CMOS გახდა თანამედროვე მიკროპროცესორების საფუძველი, რამაც ციფრული რევოლუცია განაპირობა ისეთ მოწყობილობებში, როგორიცაა დესკტოპ კომპიუტერები და სმარტფონები.
Bell Labs-ის თამამი ექსპერიმენტი — რომელიც გამოიყენა შეუმოწმებელი წარმოების პროცესი და მოიცვა ჩიპური არქიტექტურის მთელი თაობა — ტექნოლოგიების ისტორიაში გარდამტეხი მომენტი იყო.
როგორც პროფესორი კანგი ამბობს: „ჩვენ შესაძლებლობების სათავეში ვიდექით. ჩვენ არა მხოლოდ არსებულ გზას მივყვებოდით, არამედ ახალ ბილიკს ვხსნიდით“. პროფესორი ჰუანგი, რომელიც მოგვიანებით სინგაპურის მიკროელექტრონიკის ინსტიტუტის დირექტორის მოადგილე გახდა და ასევე IEEE-ს წევრია, დასძენს: „ეს მოიცავდა არა მხოლოდ ჩიპების არქიტექტურასა და დიზაინს, არამედ ფართომასშტაბიან ჩიპების ვერიფიკაციასაც - CAD-ის გამოყენებით, მაგრამ დღევანდელი ციფრული სიმულაციის ხელსაწყოების ან თუნდაც პუდბორდების გარეშე (სტანდარტული გზა ელექტრონული სისტემის სქემის დიზაინის შემოწმებისთვის ჩიპების გამოყენებით, სანამ სქემის კომპონენტები მუდმივად დაუკავშირდება ერთმანეთს)“.
კონდრი, კანგი და ჰუანგი სითბოთი იხსენებენ იმ დროს და აღფრთოვანებას გამოხატავენ AT&T-ის მრავალი თანამშრომლის უნარებისა და თავდადების მიმართ, რომელთა ძალისხმევის წყალობითაც Bellmac-32 ჩიპების ოჯახი შეიქმნა.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 19 მაისი