ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 เมื่อโปรเซสเซอร์ 8 บิตเป็นล่าสุดและ CMOs เป็นเทคโนโลยีที่อ่อนแอที่สุดในเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์วิศวกรที่ AT&T Bell Labs ย้ายไปสู่อนาคตอย่างกล้าหาญ พวกเขามีประสิทธิภาพสูงกว่าคู่แข่งด้วย IBM, Intel และประสิทธิภาพการทำงานของชิปอื่น ๆ โดยการรวมการผลิต CMOS 3.5 ไมครอนที่ทันสมัยเข้ากับสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ 32 บิตใหม่

แม้ว่าการสร้างสรรค์ของพวกเขา (ไมโครโปรเซสเซอร์ Bellmac-32) ไม่เคยได้รับชื่อเสียงทางธุรกิจก่อนหน้านี้เช่น Intel’s 4004 (ปล่อยในปี 1971) อิทธิพลของพวกเขาได้พิสูจน์แล้วว่ามีความทนทานมากขึ้น วันนี้ชิปในสมาร์ทโฟนแล็ปท็อปและแท็บเล็ตเกือบทั้งหมดขึ้นอยู่กับหลักการเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริมที่บุกเบิกโดย Bellmac-32

เมื่อทศวรรษ 1980 เข้าหา AT&T กำลังทำงานเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลง เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ยักษ์ใหญ่ด้านโทรคมนาคม (Nickam “Ma Bell”) ได้ครองการสื่อสารด้วยเสียงของอเมริกาโดยมี บริษัท ย่อยไฟฟ้าตะวันตกที่ทำโทรศัพท์ทุกเครื่องที่พบในบ้านและสำนักงานในสหรัฐอเมริกา รัฐบาลสหรัฐฯเรียกร้องให้มีการถอนการต่อต้านการต่อต้านการผูกขาด แต่ AT&T ได้รับการเปิดกว้างเพื่อขยายไปสู่การคำนวณ

ในขณะที่ บริษัท คอมพิวเตอร์ฝังแน่นอยู่แล้ว AT&T ไม่สามารถติดตามได้ กลยุทธ์ของมันคือการก้าวไปข้างหน้าและ Belmark 32 เป็นกระดานกระโดดน้ำ

ซีรีส์ชิป Bellmac-32 ได้รับเกียรติในรูปแบบของเหตุการณ์สำคัญของ IEEE พิธีอุทิศมีกำหนดในปีนี้ที่วิทยาเขตของ Nokia Bell Laboratory ใน Murray Hill, New Jersey และพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์คอมพิวเตอร์ใน Mountain View, California

ชิปเหมือนคนอื่น ๆ

แทนที่จะเลียนแบบมาตรฐานอุตสาหกรรมของชิป 8 บิตผู้บริหาร AT&T ได้ท้าทายวิศวกรของ Bell Labs ให้เป็นสิ่งที่ปฏิวัติวงการ: ไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีศักยภาพในเชิงพาณิชย์ตัวแรกที่สามารถเคลื่อนย้าย 32 บิตในวงจรนาฬิกา มันไม่เพียง แต่ต้องใช้ชิปใหม่ แต่ยังเป็นสถาปัตยกรรมที่แปลกใหม่อย่างสมบูรณ์ – เป็นกระดูกสันหลังที่สามารถจัดการการสลับโทรคมนาคมและทำหน้าที่เป็นระบบคอมพิวเตอร์ในอนาคต

“ เราไม่เพียง แต่สร้างชิปที่เร็วขึ้นเท่านั้น” Michael Condry ผู้เป็นผู้นำทีมก่อสร้างที่โรงงาน Holmdel ของ Bell Labs ในรัฐนิวเจอร์ซีย์กล่าว “ เราพยายามออกแบบสิ่งที่สามารถนำเสียงและการคำนวณมาสู่อนาคตได้”

การกำหนดค่าของไมโครโปรเซสเซอร์ BellMAC-32 นี้มีหน่วยการจัดการหน่วยความจำแบบบูรณาการที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับระบบปฏิบัติการแบบ UNIXAT&T Archives and History Center

ในเวลานั้นเทคโนโลยี CMOS ถูกมองว่าเป็นธรรมชาติที่มีแนวโน้ม (แต่มีความเสี่ยง) ของการออกแบบ NMO และ PMOS ชิป NMO ที่พึ่งพาทรานซิสเตอร์ประเภท N แต่เพียงผู้เดียวนั้นเร็ว แต่กระตือรือร้น ชิป PMOS ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวของหลุมบวกซึ่งช้าเกินไป CMO นำเสนอศักยภาพในการประหยัดความเร็วและการประหยัดพลังงานด้วยการออกแบบลูกผสม ประโยชน์ที่ได้รับนั้นน่าสนใจมากที่อุตสาหกรรมเห็นว่าความต้องการจำนวนทรานซิสเตอร์ (NMO และ PMO สำหรับแต่ละประตู) มีมูลค่าลดลง

เมื่อขนาดทรานซิสเตอร์หดตัวลงด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่อธิบายโดยกฎหมายของมัวร์ค่าใช้จ่ายในการเพิ่มความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์เป็นสองเท่าจะสามารถจัดการได้อย่างรวดเร็วและในที่สุดก็กลายเป็นเล็กน้อย แต่เมื่อ Bell Labs เข้าร่วมการพนันที่มีความเสี่ยงสูงการผลิต CMOS ขนาดใหญ่ยังคงไม่ได้รับการพิสูจน์และดูค่อนข้างแพง

นั่นไม่ได้หยุด Bell Labs โดยการขุดความเชี่ยวชาญจากวิทยาเขตในโฮล์มเดลและเมอร์เรย์ฮิลล์และในเนเปอร์วิลล์รัฐอิลลินอยส์ บริษัท ได้จัดตั้งทีมงานในฝันของวิศวกรเซมิคอนดักเตอร์ ทีมรวมถึงการลงโทษ; Sung-Mo “Steve” Kang ดาวรุ่งในการออกแบบชิป; Victor Huang เป็นนักออกแบบชิปไมโครโปรเซสเซอร์อีกคนหนึ่งและพนักงาน AT&T Bell Labs หลายสิบคน พวกเขาเริ่มเรียนรู้กระบวนการ CMOS ใหม่ในปี 1978 และสร้างไมโครโปรเซสเซอร์ 32 บิตตั้งแต่เริ่มต้น

สถาปัตยกรรมการออกแบบ

ทีมงานก่อสร้างนำโดยนักวิจัย IEEE Life Condry ในภายหลังกลายเป็นหัวหน้าเจ้าหน้าที่เทคโนโลยีของ Intel โดยมุ่งเน้นไปที่การสร้างระบบที่จะสนับสนุนระบบปฏิบัติการ UNIX และภาษาการเขียนโปรแกรม C ในพื้นที่ ทั้งคู่อยู่ในช่วงวัยเด็ก แต่ถูกกำหนดให้ครอบงำ เพื่อรับมือกับข้อ จำกัด ของหน่วยความจำในยุคนี้ (กิโลไบต์มีค่า) พวกเขาแนะนำชุดคำสั่งที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้ขั้นตอนน้อยลงในการดำเนินการและสามารถดำเนินการในรอบนาฬิกาเดียว

วิศวกรยังสร้างชิปเพื่อรองรับบัส Versamodule Eurocard (VME) แบบขนานซึ่งเปิดใช้งานการคำนวณแบบกระจายเพื่อให้หลายโหนดสามารถประมวลผลข้อมูลแบบขนาน ความสามารถในการเปิดใช้งาน Chip VME สามารถใช้สำหรับการควบคุมแบบเรียลไทม์

ทีมได้เขียนเวอร์ชัน UNIX ของตัวเองด้วยความสามารถแบบเรียลไทม์เพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบชิปใหม่เข้ากันได้กับระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและแอพพลิเคชั่นที่คล้ายกัน วิศวกรของ Bell Labs ยังคิดค้น Domino Logic ซึ่งเพิ่มความเร็วในการประมวลผลโดยการลดเวลาแฝงของประตูตรรกะที่ซับซ้อน

พัฒนาและแนะนำด้วยเทคโนโลยีการทดสอบและการตรวจสอบอื่น ๆ ผ่านโมดูล Bellmac-32 โมดูล Bellmac-32 เป็นโครงการตรวจสอบหลายชิปที่ซับซ้อนและโครงการทดสอบที่นำโดย Huang ทำให้การผลิตชิปที่ซับซ้อนมีข้อผิดพลาดเป็นศูนย์หรือใกล้ศูนย์ นี่เป็นครั้งแรกในการทดสอบ VLSI ระบบของวิศวกรของ Bell Labs วางแผนสำหรับการตรวจสอบสองครั้งและตรวจสอบงานของเพื่อนร่วมงานสามครั้งในที่สุดทำให้การออกแบบโดยรวมของตระกูลชิปเซ็ตหลายครอบครัวไร้รอยต่อเป็นระบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่สมบูรณ์

และส่วนที่ยากที่สุด: สร้างชิปจริง ๆ

การวาดพื้นและดินสอสี

“ เทคโนโลยีสำหรับการจัดวางการทดสอบและการผลิตที่ให้ผลตอบแทนสูงนั้นไม่มีอยู่” Kang นักวิจัย Life Life เล่า คังกล่าวว่าเนื่องจากไม่มีเครื่องมือ CAD สำหรับการตรวจสอบเต็มชิปทีมจึงหันไปใช้พล็อต calcomp ขนาดใหญ่ แผนผังแสดงให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์เส้นวงจรและการเชื่อมต่อระหว่างกันจัดเรียงในชิปเพื่อให้เอาต์พุตที่ต้องการได้อย่างไร ทีมรวบรวมพวกเขาบนพื้นด้วยเทปเพื่อสร้างแผนที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาดใหญ่มากกว่า 6 เมตรในด้านหนึ่ง คังและเพื่อนร่วมงานของเขาติดตามแต่ละวงจรด้วยดินสอสีด้วยตนเองมองหาการเชื่อมต่อที่แตกทับซ้อนกันหรือโชคร้าย

รับมัน

เมื่อการออกแบบทางกายภาพถูกล็อคทีมจะเผชิญกับอุปสรรคอื่น: การผลิต ชิปถูกสร้างขึ้นในโรงงานไฟฟ้าตะวันตกในแอลเลนทาวน์รัฐเพนซิลเวเนีย แต่คังจำได้ว่าเปอร์เซ็นต์ของชิปบนเวเฟอร์ซิลิคอน (เปอร์เซ็นต์ของชิปที่ตรงกับประสิทธิภาพและมาตรฐานคุณภาพ) น่าผิดหวัง

เพื่อแก้ปัญหานี้คังและเพื่อนร่วมงานของเขาขับรถจากรัฐนิวเจอร์ซีย์ไปยังพืชทุกวันม้วนแขนเสื้อของพวกเขาและทำทุกอย่างที่ทำได้รวมถึงอุปกรณ์ทดสอบการกวาดและปรับเทียบเพื่อสร้างความเป็นมิตรและปลูกฝังความมั่นใจ

“ เราไม่เพียง แต่สร้างชิปที่เร็วขึ้นเท่านั้นเรากำลังพยายามออกแบบสิ่งที่สามารถนำเสียงและการคำนวณมาสู่อนาคตได้” – Michael Condry หัวหน้าทีมงานก่อสร้าง Bellmac-32

“ การสร้างทีมทำงานได้ดีมาก” คังกล่าว “ ในไม่กี่เดือน Western Electric สามารถผลิตชิปที่ดีกว่าที่ต้องการได้”

ในปี 1980 รุ่นแรกของ Bellmac-32 ก็พร้อมสำหรับการไม่คาดหวัง แทนที่จะไปถึงเป้าหมายประสิทธิภาพ 4 MHz มันจะทำงานที่ 2 MHz เท่านั้น วิศวกรพบว่าอุปกรณ์ทดสอบ Takeda Racken ที่ล้ำสมัยที่พวกเขาใช้มีข้อบกพร่องและผลการส่งระหว่างโพรบและหัวทดสอบนำไปสู่การวัดที่ไม่ถูกต้องดังนั้นพวกเขาจึงทำงานร่วมกับทีม Takeda Riken เพื่อพัฒนาตารางการสอบเทียบเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดในการวัด

ชิป Bellmac รุ่นที่สองมีความเร็วสัญญาณนาฬิกามากกว่า 6.2 MHz บางครั้งถึง 9. โปรเซสเซอร์ Intel 8088 16 บิตภายในพีซีดั้งเดิมของ IBM ทำงานที่ 4.77 MHz

เหตุใด Bellmac-32 จึงไม่กลายเป็นกระแสหลัก

แม้จะมีข้อผูกพันทางเทคนิค Bellmac-32 ยังไม่พบการใช้งานเชิงพาณิชย์ที่หลากหลาย จากข้อมูลของ Condry ฮับของ AT&T เป็นศูนย์กลางในการซื้อ NCR ผู้ผลิตอุปกรณ์ที่เริ่มดูในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ซึ่งหมายความว่า บริษัท เลือกที่จะสนับสนุนชิปที่แตกต่างกัน แต่จากนั้นมรดกของ Bellmac-32 ก็เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ

“ ก่อนที่ Bellmac-32 NMO จะครอง” Condry กล่าว “ แต่ CMO ได้เปลี่ยนตลาดเพราะพิสูจน์แล้วว่าเป็นการดำเนินการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในโรงงาน”

เมื่อเวลาผ่านไปการรับรู้นี้ได้เปลี่ยนภูมิทัศน์เซมิคอนดักเตอร์ CMO จะกลายเป็นรากฐานของไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยเพิ่มพลังการปฏิวัติดิจิตอลเช่นเดสก์ท็อปและสมาร์ทโฟน

ความกล้าหาญของการเดิมพันของ Bell Labs (เพื่อดำเนินการกระบวนการผลิตที่ยังไม่ผ่านการทดสอบและขยายการสร้างชิปทั้งหมด) เป็นช่วงเวลาที่สำคัญในประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยี

ดังที่คังกล่าวว่า: “เราอยู่ในขอบเขตที่เป็นไปได้เราไม่เพียง แต่ทำตามเส้นทางนี้ แต่เราได้สร้างเส้นทางใหม่” หวางนักวิจัย IEEE Life Huang ซึ่งต่อมาได้เป็นผู้ช่วยผู้อำนวยการสถาบันไมโครอิเล็กทรอนิกส์ของสิงคโปร์กล่าวเสริมว่า: “ซึ่งรวมถึงไม่เพียง แต่ CAD แต่ยังมีการตรวจสอบชิปขนาดใหญ่ แต่ยังไม่มีเครื่องมือแบบอะนาล็อกดิจิตอลในปัจจุบัน [which is the standard method for checking whether a circuit design for an electronic system that uses chips works before making permanent connections by soldering the circuit elements together]- –

Condry, Kang และ Huang กรุณาหันกลับมาในช่วงเวลานั้นชื่นชมพนักงาน AT&T หลายคนแสดงทักษะและความทุ่มเทของพวกเขาเพื่อให้ Bellmac-32 ชิปซีรี่ส์เป็นไปได้

บริหารงานโดยศูนย์ประวัติศาสตร์ IEEE และสนับสนุนโดยผู้บริจาคโปรแกรม Milestone ตระหนักถึงการพัฒนาทางเทคโนโลยีที่โดดเด่นทั่วโลก IEEE North Jersey สนับสนุนการเสนอชื่อบางส่วน