Die aankoms van hierdie skyfie het die koers van skyfie-ontwikkeling verander!
In die laat 1970's was 8-bis-verwerkers steeds die mees gevorderde tegnologie destyds, en CMOS-prosesse was in 'n nadeel in die halfgeleierveld. Ingenieurs by AT&T Bell Labs het 'n gewaagde stap in die toekoms geneem deur die nuutste 3.5-mikron CMOS-vervaardigingsprosesse met innoverende 32-bis-verwerkerargitekture te kombineer in 'n poging om mededingers in skyfieprestasie te oortref en IBM en Intel te oortref.
Alhoewel hul uitvinding, die Bellmac-32-mikroverwerker, nie die kommersiële sukses van vroeëre produkte soos die Intel 4004 (vrygestel in 1971) behaal het nie, was die invloed daarvan diepgaande. Vandag maak die skyfies in byna alle slimfone, skootrekenaars en tablette staat op die komplementêre metaaloksied-halfgeleier (CMOS)-beginsels wat deur die Bellmac-32 baanbrekerswerk gedoen is.
Die 1980's het nader gekom, en AT&T het probeer om homself te transformeer. Vir dekades het die telekommunikasiereus met die bynaam "Mother Bell" die stemkommunikasiebedryf in die Verenigde State oorheers, en sy filiaal Western Electric het byna al die algemene telefone in Amerikaanse huise en kantore vervaardig. Die Amerikaanse federale regering het die opbreek van AT&T se besigheid op grond van antitrust aangemoedig, maar AT&T het 'n geleentheid gesien om die rekenaarveld te betree.
Met rekenaarmaatskappye wat reeds goed gevestig was in die mark, het AT&T dit moeilik gevind om in te haal; hul strategie was om 'n sprong vooruit te maak, en die Bellmac-32 was hul springplank.
Die Bellmac-32-skyfiefamilie is vereer met 'n IEEE Milestone-toekenning. Onthullingsplegtighede sal vanjaar gehou word by die Nokia Bell Labs-kampus in Murray Hill, New Jersey, en by die Rekenaargeskiedenismuseum in Mountain View, Kalifornië.
UNIEKE SKYFIE
Eerder as om die bedryfstandaard van 8-bis-skyfies te volg, het AT&T-bestuurders Bell Labs se ingenieurs uitgedaag om 'n revolusionêre produk te ontwikkel: die eerste kommersiële mikroverwerker wat 32 bisse data in 'n enkele kloksiklus kon oordra. Dit het nie net 'n nuwe skyfie vereis nie, maar ook 'n nuwe argitektuur – een wat telekommunikasieskakeling kon hanteer en as die ruggraat van toekomstige rekenaarstelsels kon dien.
“Ons bou nie net ’n vinniger skyfie nie,” sê Michael Condry, wat die argitektuurgroep by Bell Labs se Holmdel, New Jersey,-fasiliteit lei. “Ons probeer ’n skyfie ontwerp wat beide stem en berekening kan ondersteun.”
Destyds is CMOS-tegnologie as 'n belowende maar riskante alternatief vir NMOS- en PMOS-ontwerpe beskou. NMOS-skyfies het geheel en al staatgemaak op N-tipe transistors, wat vinnig maar krag-honger was, terwyl PMOS-skyfies staatgemaak het op die beweging van positief gelaaide gate, wat te stadig was. CMOS het 'n hibriede ontwerp gebruik wat spoed verhoog het terwyl krag bespaar is. Die voordele van CMOS was so oortuigend dat die bedryf gou besef het dat selfs al benodig dit twee keer soveel transistors (NMOS en PMOS vir elke hek), dit die moeite werd was.
Met die vinnige ontwikkeling van halfgeleiertegnologie wat deur Moore se Wet beskryf word, het die koste van die verdubbeling van transistordigtheid hanteerbaar en uiteindelik weglaatbaar geword. Toe Bell Labs egter hierdie hoërisiko-dobbelary aangepak het, was grootskaalse CMOS-vervaardigingstegnologie onbewys en die koste relatief hoog.
Dit het Bell Labs nie bang gemaak nie. Die maatskappy het gebruik gemaak van die kundigheid van sy kampusse in Holmdel, Murray Hill en Naperville, Illinois, en 'n "droomspan" van halfgeleieringenieurs saamgestel. Die span het Condrey, Steve Conn, 'n opkomende ster in skyfieontwerp, Victor Huang, nog 'n mikroverwerkerontwerper, en dosyne werknemers van AT&T Bell Labs ingesluit. Hulle het in 1978 begin om 'n nuwe CMOS-proses te bemeester en 'n 32-bis mikroverwerker van nuuts af te bou.
Begin met ontwerpargitektuur
Condrey was 'n voormalige IEEE-genoot en het later as Intel se hooftegnologiebeampte gedien. Die argitektuurspan wat hy gelei het, was daartoe verbind om 'n stelsel te bou wat die Unix-bedryfstelsel en die C-taal inheems ondersteun het. Op daardie tydstip was beide Unix en die C-taal nog in hul kinderskoene, maar bestem om te oorheers. Om deur die uiters waardevolle geheuelimiet van kilogrepe (KB) destyds te breek, het hulle 'n komplekse instruksiestel bekendgestel wat minder uitvoeringstappe vereis het en take binne een kloksiklus kon voltooi.
Ingenieurs het ook skyfies ontwerp wat die VersaModule Eurocard (VME) parallelle bus ondersteun, wat verspreide berekening moontlik maak en verskeie nodusse toelaat om data parallel te verwerk. VME-versoenbare skyfies maak dit ook moontlik om hulle vir intydse beheer te gebruik.
Die span het sy eie weergawe van Unix geskryf en dit intydse vermoëns gegee om versoenbaarheid met industriële outomatisering en soortgelyke toepassings te verseker. Bell Labs-ingenieurs het ook domino-logika uitgevind, wat die verwerkingspoed verhoog het deur vertragings in komplekse logiese hekke te verminder.
Bykomende toets- en verifikasietegnieke is ontwikkel en bekendgestel met die Bellmac-32-module, 'n komplekse multi-skyfie verifikasie- en toetsprojek gelei deur Jen-Hsun Huang wat nul of byna nul defekte in komplekse skyfievervaardiging behaal het. Dit was 'n eerste in die wêreld van baie grootskaalse geïntegreerde stroombaan (VLSI) toetse. Bell Labs-ingenieurs het 'n sistematiese plan ontwikkel, hul kollegas se werk herhaaldelik nagegaan en uiteindelik naatlose samewerking oor verskeie skyfiefamilies bereik, wat gekulmineer het in 'n volledige mikrorekenaarstelsel.
Volgende kom die mees uitdagende deel: die werklike vervaardiging van die skyfie.
“Destyds was uitleg-, toets- en hoë-opbrengs vervaardigingstegnologieë baie skaars,” onthou Kang, wat later president van die Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) en 'n genoot van die IEEE geword het. Hy merk op dat die gebrek aan CAD-gereedskap vir volledige-skyfie-verifikasie die span gedwing het om oorgroot Calcomp-tekeninge uit te druk. Hierdie skematiese tekeninge wys hoe transistors, drade en interkonneksies binne 'n skyfie gerangskik moet word om die verlangde uitset te gee. Die span het hulle op die vloer met kleefband aanmekaargesit en 'n reuse-vierkantige tekening van meer as 6 meter aan 'n kant gevorm. Kang en sy kollegas het elke stroombaan met die hand in kleurpotlode geteken, op soek na gebreekte verbindings en oorvleuelende of onbehoorlik hanteerde interkonneksies.
Nadat die fisiese ontwerp voltooi was, het die span nog 'n uitdaging in die gesig gestaar: vervaardiging. Die skyfies is by die Western Electric-aanleg in Allentown, Pennsilvanië, vervaardig, maar Kang onthou dat die opbrengskoers (die persentasie skyfies op die wafer wat aan prestasie- en kwaliteitsstandaarde voldoen het) baie laag was.
Om dit aan te spreek, het Kang en sy kollegas elke dag van New Jersey na die aanleg gery, hul moue opgerol en gedoen wat nodig was, insluitend die vee van vloere en die kalibrering van toetsapparatuur, om kameraadskap te bou en almal te oortuig dat die mees komplekse produk wat die aanleg nog ooit probeer produseer het, inderdaad daar gemaak kon word.
“Die spanbouproses het glad verloop,” het Kang gesê. “Na 'n paar maande kon Western Electric hoëgehalte-skyfies produseer in hoeveelhede wat die vraag oortref het.”
Die eerste weergawe van die Bellmac-32 is in 1980 vrygestel, maar dit het nie aan die verwagtinge voldoen nie. Die teikenfrekwensie daarvan was slegs 2 MHz, nie 4 MHz nie. Die ingenieurs het ontdek dat die moderne Takeda Riken-toetstoerusting wat hulle destyds gebruik het, gebrekkig was, met transmissielyneffekte tussen die sonde en die toetskop wat onakkurate metings veroorsaak het. Hulle het saam met die Takeda Riken-span gewerk om 'n korreksietabel te ontwikkel om die meetfoute reg te stel.
Die tweede-generasie Bellmac-skyfies het klokspoed van meer as 6.2 MHz gehad, soms so hoog as 9 MHz. Dit is destyds as redelik vinnig beskou. Die 16-bis Intel 8088-verwerker wat IBM in 1981 in sy eerste rekenaar vrygestel het, het 'n klokspoed van slegs 4.77 MHz gehad.
Waarom Bellmac-32 nie'nie hoofstroom word nie
Ten spyte van sy belofte, het Bellmac-32-tegnologie nie wydverspreide kommersiële aanvaarding gekry nie. Volgens Condrey het AT&T in die laat 1980's na toerustingvervaardiger NCR begin kyk en later na verkrygings gekyk, wat beteken het dat die maatskappy gekies het om verskillende skyfieproduklyne te ondersteun. Teen daardie tyd het Bellmac-32 se invloed begin groei.
“Voor Bellmac-32 het NMOS die mark oorheers,” het Condry gesê. “Maar CMOS het die landskap verander omdat dit 'n meer doeltreffende manier geblyk het om dit in die fabriek te implementeer.”
Met verloop van tyd het hierdie besef die halfgeleierbedryf hervorm. CMOS sou die basis word vir moderne mikroverwerkers, wat die digitale rewolusie in toestelle soos tafelrekenaars en slimfone aandryf.
Bell Labs se gewaagde eksperiment—met behulp van 'n ongetoetste vervaardigingsproses en wat 'n hele generasie skyfieargitektuur omvat—was 'n mylpaal in die geskiedenis van tegnologie.
Soos professor Kang dit stel: “Ons was aan die voorpunt van wat moontlik was. Ons het nie net 'n bestaande pad gevolg nie, ons het 'n nuwe roete gebaan.” Professor Huang, wat later adjunkdirekteur van die Singapoerse Instituut vir Mikro-elektronika geword het en ook 'n IEEE-genoot is, voeg by: “Dit het nie net skyfieargitektuur en -ontwerp ingesluit nie, maar ook grootskaalse skyfieverifikasie – met behulp van CAD, maar sonder vandag se digitale simulasie-instrumente of selfs broodborde (’n standaard manier om die stroombaanontwerp van ’n elektroniese stelsel met behulp van skyfies na te gaan voordat die stroombaankomponente permanent aan mekaar gekoppel word).”
Condry, Kang en Huang kyk met liefde terug na daardie tyd en spreek hul bewondering uit vir die vaardigheid en toewyding van die talle AT&T-werknemers wie se pogings die Bellmac-32-skyfiefamilie moontlik gemaak het.
Plasingstyd: 19 Mei 2025