Bu çipin gəlişi çip inkişafının gedişatını dəyişdi!
1970-ci illərin sonlarında 8 bitlik prosessorlar o dövrdə hələ də ən qabaqcıl texnologiya idi və CMOS prosesləri yarımkeçiricilər sahəsində dezavantajlı idi. AT&T Bell Laboratoriyasının mühəndisləri IBM və Intel-i üstələyərək çip performansında rəqibləri üstələmək üçün qabaqcıl 3,5 mikron CMOS istehsal proseslərini innovativ 32 bit prosessor arxitekturaları ilə birləşdirərək gələcəyə doğru cəsarətli addım atdılar.
Onların ixtirası, Bellmac-32 mikroprosessoru, Intel 4004 (1971-ci ildə buraxıldı) kimi əvvəlki məhsulların kommersiya uğuruna nail ola bilməsə də, onun təsiri çox böyük idi. Bu gün, demək olar ki, bütün smartfonlar, noutbuklar və planşetlərdəki çiplər Bellmac-32 tərəfindən irəli sürülən tamamlayıcı metal-oksid yarımkeçirici (CMOS) prinsiplərinə əsaslanır.
1980-ci illər yaxınlaşırdı və AT&T özünü dəyişdirməyə çalışırdı. Onilliklər ərzində "Ana Bell" ləqəbli telekommunikasiya nəhəngi ABŞ-da səs rabitəsi biznesində dominantlıq edirdi və onun törəmə şirkəti Western Electric Amerika evlərində və ofislərində demək olar ki, bütün ümumi telefonları istehsal edirdi. ABŞ federal hökuməti antiinhisar zəminində AT&T-nin biznesini parçalamağa çağırdı, lakin AT&T kompüter sahəsinə girmək üçün fürsət gördü.
Bazarda artıq yaxşı qurulmuş kompüter şirkətləri ilə AT&T onları tutmaqda çətinlik çəkdi; onun strategiyası sıçrayış idi və Bellmac-32 onun tramplin idi.
Bellmac-32 çip ailəsi IEEE Milestone Award mükafatına layiq görülüb. Açılış mərasimləri bu il Nyu Cersi ştatının Murray Hill şəhərindəki Nokia Bell Labs kampusunda və Kaliforniya ştatının Mauntin Viz şəhərindəki Kompüter Tarixi Muzeyində keçiriləcək.
UNİKAL CHIP
8 bitlik çiplərin sənaye standartına riayət etmək əvəzinə, AT&T rəhbərləri Bell Labs mühəndislərini inqilabi məhsul hazırlamaq üçün çağırdılar: bir saat dövründə 32 bit məlumat ötürməyə qadir olan ilk kommersiya mikroprosessoru. Bu, təkcə yeni çip deyil, həm də telekommunikasiya kommutasiyasını idarə edə bilən və gələcək hesablama sistemlərinin əsası kimi xidmət edə bilən yeni arxitektura tələb edirdi.
Bell Labs 'Holmdel, New Jersey, obyektində memarlıq qrupuna rəhbərlik edən Michael Condry, "Biz sadəcə daha sürətli bir çip yaratmırıq" dedi. "Biz həm səsi, həm də hesablamanı dəstəkləyə bilən çip hazırlamağa çalışırıq."
O dövrdə CMOS texnologiyası NMOS və PMOS dizaynlarına perspektivli, lakin riskli alternativ kimi görünürdü. NMOS çipləri tamamilə sürətli, lakin enerjiyə ehtiyacı olan N tipli tranzistorlara, PMOS çipləri isə çox yavaş olan müsbət yüklü dəliklərin hərəkətinə əsaslanırdı. CMOS enerjiyə qənaət edərkən sürəti artıran hibrid dizayndan istifadə etdi. CMOS-un üstünlükləri o qədər cəlbedici idi ki, sənaye tezliklə başa düşdü ki, hətta iki dəfə çox tranzistor tələb etsə belə (hər qapı üçün NMOS və PMOS), buna dəyər.
Mur Qanunu ilə təsvir edilən yarımkeçirici texnologiyanın sürətli inkişafı ilə tranzistor sıxlığının ikiqat artırılmasının dəyəri idarə oluna bilən və nəticədə əhəmiyyətsiz hala gəldi. Bununla belə, Bell Labs bu yüksək riskli qumara başladıqda, geniş miqyaslı CMOS istehsal texnologiyası sübuta yetirilməmişdi və dəyəri nisbətən yüksək idi.
Bu, Bell Laboratoriyalarını qorxutmadı. Şirkət Holmdel, Murray Hill və İllinoys ştatının Napervil şəhərlərindəki kampuslarının təcrübəsindən istifadə edərək yarımkeçirici mühəndislərdən ibarət “arzular komandası” topladı. Komandaya Condrey, çip dizaynında yüksələn ulduz Stiv Kon, başqa bir mikroprosessor dizayneri Viktor Huanq və AT&T Bell Labs-dan onlarla işçi daxil idi. Onlar 1978-ci ildə yeni CMOS prosesini mənimsəməyə və sıfırdan 32 bitlik mikroprosessor qurmağa başladılar.
Dizayn memarlığı ilə başlayın
Condrey keçmiş IEEE Təqaüdçüsü idi və daha sonra Intel-in Baş Texnologiya Direktoru vəzifəsində çalışdı. Onun rəhbərlik etdiyi memarlıq qrupu, Unix əməliyyat sistemini və C dilini yerli olaraq dəstəkləyən bir sistem qurmağa sadiq idi. O dövrdə həm Unix, həm də C dili hələ başlanğıc mərhələsində idi, lakin hökmranlıq etmək təyin olundu. Kilobaytların (KB) çox qiymətli yaddaş həddini aşmaq üçün onlar daha az icra addımı tələb edən və bir saat dövrü ərzində tapşırıqları yerinə yetirə bilən mürəkkəb təlimatlar dəsti təqdim etdilər.
Mühəndislər həmçinin VersaModule Eurocard (VME) paralel avtobusunu dəstəkləyən çiplər hazırlamışlar ki, bu da paylanmış hesablamalara imkan verir və çoxlu qovşaqlara paralel olaraq məlumatları emal etməyə imkan verir. VME uyğun çiplər də onları real vaxt rejimində idarə etmək üçün istifadə etməyə imkan verir.
Komanda Unix-in öz versiyasını yazdı və sənaye avtomatlaşdırılması və oxşar tətbiqlərlə uyğunluğu təmin etmək üçün ona real vaxt imkanları verdi. Bell Labs mühəndisləri həmçinin mürəkkəb məntiq qapılarında gecikmələri azaltmaqla emal sürətini artıran domino məntiqini icad etdilər.
Mürəkkəb çip istehsalında sıfır və ya sıfıra yaxın qüsurlara nail olan Jen-Hsun Huang tərəfindən idarə olunan mürəkkəb çox çipli yoxlama və sınaq layihəsi olan Bellmac-32 modulu ilə əlavə sınaq və yoxlama üsulları hazırlanmış və təqdim edilmişdir. Bu, çox böyük miqyaslı inteqral sxem (VLSI) testi dünyasında bir ilk idi. Bell Labs mühəndisləri sistematik plan hazırladılar, öz həmkarlarının işini dəfələrlə yoxladılar və nəticədə tam mikrokompüter sistemi ilə nəticələnən çoxsaylı çip ailələri arasında qüsursuz əməkdaşlığa nail oldular.
Sonra ən çətin hissə gəlir: çipin faktiki istehsalı.
Daha sonra Koreya Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutunun (KAIST) prezidenti və IEEE-nin əməkdaşı olmuş Kang xatırlayır: “O vaxtlar dizayn, sınaq və yüksək məhsuldar istehsal texnologiyaları çox az idi”. O qeyd edir ki, tam çip yoxlaması üçün CAD alətlərinin olmaması komandanı böyük ölçülü Calcomp çertyojlarını çap etməyə məcbur edib. Bu sxemlər istənilən çıxışı vermək üçün tranzistorların, naqillərin və qarşılıqlı əlaqənin bir çip daxilində necə təşkil edilməli olduğunu göstərir. Komanda onları lentlə yerə yığaraq, bir tərəfdən 6 metrdən çox olan nəhəng bir kvadrat meydana gətirdi. Kang və onun həmkarları hər bir dövrəni rəngli karandaşlarla əl ilə çəkərək, qırılan əlaqələri və üst-üstə düşən və ya düzgün idarə olunmayan qarşılıqlı əlaqəni axtarırdılar.
Fiziki dizayn tamamlandıqdan sonra komanda başqa bir problemlə üzləşdi: istehsal. Çiplər Pensilvaniya ştatının Allentown şəhərindəki Western Electric zavodunda istehsal edilib, lakin Kanq xatırladır ki, məhsuldarlıq dərəcəsi (performans və keyfiyyət standartlarına cavab verən vaflidə çiplərin faizi) çox aşağı idi.
Bunu həll etmək üçün Kang və onun həmkarları hər gün Nyu Cersidən zavoda gedir, yoldaşlıq yaratmaq və zavodun indiyə qədər istehsal etməyə çalışdığı ən mürəkkəb məhsulun həqiqətən də orada hazırlana biləcəyinə hamını inandırmaq üçün döşəmələrin süpürülməsi və sınaq avadanlığının kalibrlənməsi də daxil olmaqla, lazım olan hər şeyi edirdi.
"Komanda qurmaq prosesi rəvan keçdi" dedi Kang. "Bir neçə aydan sonra Western Electric tələbi üstələyən miqdarda yüksək keyfiyyətli çiplər istehsal edə bildi."
Bellmac-32-nin ilk versiyası 1980-ci ildə buraxıldı, lakin o, gözləntiləri doğrulda bilmədi. Onun performans hədəf tezliyi 4 MHz deyil, yalnız 2 MHz idi. Mühəndislər aşkar etdilər ki, o zaman istifadə etdikləri ən müasir Takeda Riken sınaq avadanlığı qüsurlu idi, zond və sınaq başlığı arasında ötürücü xətti təsirləri ilə qeyri-dəqiq ölçmələrə səbəb oldu. Onlar Takeda Riken komandası ilə birlikdə ölçmə xətalarını düzəltmək üçün düzəliş cədvəli hazırladılar.
İkinci nəsil Bellmac çipləri 6,2 MHz-dən çox, bəzən isə 9 MHz-ə çatan saat sürətinə malik idi. Bu, o dövrdə olduqca sürətli hesab olunurdu. IBM-in 1981-ci ildə ilk fərdi kompüterində buraxdığı 16 bitlik Intel 8088 prosessorunun saat tezliyi cəmi 4,77 MHz idi.
Niyə Bellmac-32 etmədi't əsas istiqamətə çevrilir
Vədinə baxmayaraq, Bellmac-32 texnologiyası geniş kommersiya tətbiqini qazanmadı. Condrey-ə görə, AT&T 1980-ci illərin sonlarında avadanlıq istehsalçısı NCR-ə baxmağa başladı və daha sonra satınalmalara keçdi, bu da şirkətin müxtəlif çip məhsullarını dəstəkləməyi seçməsi demək idi. O vaxta qədər Bellmac-32-nin təsiri artmağa başlamışdı.
"Bellmac-32-dən əvvəl NMOS bazarda üstünlük təşkil edirdi" dedi Condry. "Ancaq CMOS mənzərəni dəyişdirdi, çünki onu fabda tətbiq etmək üçün daha səmərəli bir yol olduğunu sübut etdi."
Zaman keçdikcə bu reallaşma yarımkeçirici sənayesini yenidən formalaşdırdı. CMOS müasir mikroprosessorlar üçün əsas olacaq, stolüstü kompüterlər və smartfonlar kimi cihazlarda rəqəmsal inqilabı gücləndirəcək.
Bell Labs-ın cəsarətli təcrübəsi - sınaqdan keçirilməmiş istehsal prosesindən istifadə etməklə və çip arxitekturasının bütün nəslini əhatə etməklə - texnologiya tarixində bir mərhələ oldu.
Professor Kanqın dediyi kimi: "Mümkün olanların önündə idik. Biz sadəcə mövcud bir yolla getmirdik, yeni bir cığır açırdıq." Daha sonra Sinqapur Mikroelektronika İnstitutunun direktor müavini olmuş və eyni zamanda IEEE Təqaüdçüsü olan professor Huang əlavə edir: “Bura təkcə çip arxitekturası və dizaynı deyil, həm də genişmiqyaslı çip yoxlaması daxildir – CAD-dən istifadə etməklə, lakin bugünkü rəqəmsal simulyasiya alətləri və ya hətta çörək lövhələri olmadan (birlikdə daimi komponentlərdən istifadə edərək elektron sistemin dövrə dizaynını yoxlamaq üçün standart üsuldur”).
Condry, Kang və Huang o vaxta sevgi ilə baxır və səyləri ilə Bellmac-32 çip ailəsini mümkün edən AT&T işçilərinin bacarıq və fədakarlığına heyran olduqlarını bildirirlər.
Göndərmə vaxtı: 19 may 2025-ci il