Ang pagdating ng chip na ito ay nagbago sa kurso ng pag-unlad ng chip!
Sa huling bahagi ng dekada 1970, ang mga 8-bit na processor ay ang pinaka-advanced na teknolohiya pa rin noong panahong iyon, at ang mga proseso ng CMOS ay nasa isang dehado sa larangan ng semiconductor. Ang mga inhinyero sa AT&T Bell Labs ay gumawa ng isang matapang na hakbang patungo sa hinaharap, pinagsasama ang makabagong 3.5-micron na mga proseso ng pagmamanupaktura ng CMOS na may mga makabagong 32-bit na arkitektura ng processor sa pagsisikap na malampasan ang pagganap ng mga kakumpitensya sa pagganap ng chip, na lampasan ang IBM at Intel.
Bagaman ang kanilang imbensyon, ang Bellmac-32 microprocessor, ay nabigo upang makamit ang komersyal na tagumpay ng mga naunang produkto tulad ng Intel 4004 (inilabas noong 1971), ang impluwensya nito ay malalim. Ngayon, ang mga chip sa halos lahat ng mga smartphone, laptop, at tablet ay umaasa sa mga komplementaryong prinsipyo ng metal-oxide semiconductor (CMOS) na pinasimunuan ng Bellmac-32.
Papalapit na ang 1980s, at sinusubukan ng AT&T na baguhin ang sarili nito. Sa loob ng mga dekada, pinamunuan ng higanteng telekomunikasyon na tinawag na "Mother Bell" ang negosyo ng voice communications sa United States, at ang subsidiary nitong Western Electric ay gumawa ng halos lahat ng karaniwang telepono sa mga tahanan at opisina ng Amerika. Hinimok ng pederal na pamahalaan ng US ang pagkasira ng negosyo ng AT&T sa mga batayan ng antitrust, ngunit nakakita ng pagkakataon ang AT&T na pumasok sa larangan ng computer.
Sa mga kumpanya ng kompyuter na matatag na sa merkado, nahirapan ang AT&T na makahabol; ang diskarte nito ay ang paglukso, at ang Bellmac-32 ang pambuwelo nito.
Ang Bellmac-32 chip family ay pinarangalan ng IEEE Milestone Award. Ang mga seremonya ng paglalahad ay gaganapin ngayong taon sa Nokia Bell Labs campus sa Murray Hill, New Jersey, at sa Computer History Museum sa Mountain View, California.
NATATANGING CHIP
Sa halip na sundin ang pamantayan sa industriya ng 8-bit chips, hinamon ng mga executive ng AT&T ang mga inhinyero ng Bell Labs na bumuo ng isang rebolusyonaryong produkto: ang unang komersyal na microprocessor na may kakayahang maglipat ng 32 bits ng data sa isang ikot ng orasan. Nangangailangan ito hindi lamang ng isang bagong chip kundi pati na rin ng isang bagong arkitektura—isa na maaaring pangasiwaan ang paglipat ng telekomunikasyon at magsisilbing backbone ng mga hinaharap na sistema ng computing.
"Hindi lang kami gumagawa ng mas mabilis na chip," sabi ni Michael Condry, na namumuno sa grupo ng arkitektura sa pasilidad ng Bell Labs' Holmdel, New Jersey. "Sinusubukan naming magdisenyo ng isang chip na maaaring suportahan ang parehong boses at compute."
Noong panahong iyon, ang teknolohiya ng CMOS ay nakita bilang isang promising ngunit mapanganib na alternatibo sa mga disenyo ng NMOS at PMOS. Ang mga NMOS chips ay ganap na umaasa sa mga N-type na transistor, na mabilis ngunit gutom sa kuryente, habang ang PMOS chips ay umaasa sa paggalaw ng mga butas na may positibong charge, na masyadong mabagal. Gumamit ang CMOS ng hybrid na disenyo na nagpapataas ng bilis habang nagtitipid ng kuryente. Ang mga bentahe ng CMOS ay nakakahimok na sa lalong madaling panahon natanto ng industriya na kahit na nangangailangan ito ng dalawang beses sa maraming mga transistor (NMOS at PMOS para sa bawat gate), sulit ito.
Sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiyang semiconductor na inilarawan ng Batas ni Moore, ang halaga ng pagdodoble ng density ng transistor ay naging mapapamahalaan at kalaunan ay bale-wala. Gayunpaman, nang magsimula ang Bell Labs sa mataas na panganib na sugal na ito, ang malakihang teknolohiya sa pagmamanupaktura ng CMOS ay hindi napatunayan at medyo mataas ang gastos.
Hindi nito natakot ang Bell Labs. Nakuha ng kumpanya ang kadalubhasaan ng mga kampus nito sa Holmdel, Murray Hill, at Naperville, Illinois, at nag-assemble ng "dream team" ng mga inhinyero ng semiconductor. Kasama sa koponan sina Condrey, Steve Conn, isang sumisikat na bituin sa disenyo ng chip, Victor Huang, isa pang taga-disenyo ng microprocessor, at dose-dosenang mga empleyado mula sa AT&T Bell Labs. Nagsimula silang makabisado ang isang bagong proseso ng CMOS noong 1978 at bumuo ng isang 32-bit microprocessor mula sa simula.
Magsimula sa arkitektura ng disenyo
Si Condrey ay dating IEEE Fellow at kalaunan ay nagsilbi bilang Chief Technology Officer ng Intel. Ang pangkat ng arkitektura na pinamunuan niya ay nakatuon sa pagbuo ng isang sistema na katutubong sumusuporta sa Unix operating system at sa C na wika. Noong panahong iyon, ang Unix at ang C na wika ay nasa kanilang pagkabata pa, ngunit nakatakdang mangibabaw. Upang makalusot sa napakahahalagang limitasyon ng memorya ng kilobytes (KB) noong panahong iyon, ipinakilala nila ang isang kumplikadong set ng pagtuturo na nangangailangan ng mas kaunting mga hakbang sa pagpapatupad at maaaring kumpletuhin ang mga gawain sa loob ng isang ikot ng orasan.
Dinisenyo din ng mga inhinyero ang mga chip na sumusuporta sa VersaModule Eurocard (VME) parallel bus, na nagbibigay-daan sa distributed computing at nagbibigay-daan sa maraming node na magproseso ng data nang magkatulad. Ang mga chip na katugma sa VME ay nagbibigay-daan din sa kanila na magamit para sa real-time na kontrol.
Ang koponan ay nagsulat ng sarili nitong bersyon ng Unix at binigyan ito ng mga real-time na kakayahan upang matiyak ang pagiging tugma sa industriyal na automation at katulad na mga application. Ang mga inhinyero ng Bell Labs ay nag-imbento din ng domino logic, na nagpapataas ng bilis ng pagproseso sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga pagkaantala sa mga kumplikadong gate ng lohika.
Ang mga karagdagang diskarte sa pagsubok at pag-verify ay binuo at ipinakilala sa Bellmac-32 module, isang kumplikadong multi-chip na pag-verify at proyekto ng pagsubok na pinamumunuan ni Jen-Hsun Huang na nakamit ang zero o malapit-zero na mga depekto sa kumplikadong paggawa ng chip. Ito ang una sa mundo ng napakalaking sukat na integrated circuit (VLSI) na pagsubok. Ang mga inhinyero ng Bell Labs ay bumuo ng isang sistematikong plano, paulit-ulit na sinuri ang trabaho ng kanilang mga kasamahan, at sa huli ay nakamit ang tuluy-tuloy na pakikipagtulungan sa maraming pamilya ng chip, na nagtatapos sa isang kumpletong microcomputer system.
Susunod ay ang pinaka-mapanghamong bahagi: ang aktwal na paggawa ng chip.
"Noong panahong iyon, ang layout, pagsubok, at mga teknolohiya sa pagmamanupaktura na may mataas na ani ay napakahirap," paggunita ni Kang, na kalaunan ay naging presidente ng Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) at isang fellow ng IEEE. Sinabi niya na ang kakulangan ng mga tool sa CAD para sa full-chip na pag-verify ay nagpilit sa koponan na mag-print ng malalaking guhit ng Calcomp. Ipinapakita ng mga schematic na ito kung paano dapat ayusin ang mga transistor, wire, at interconnect sa loob ng isang chip upang maibigay ang nais na output. Binubuo sila ng koponan sa sahig gamit ang tape, na bumubuo ng isang higanteng parisukat na guhit na higit sa 6 na metro sa isang gilid. Iginuhit ni Kang at ng kanyang mga kasamahan ang bawat circuit gamit ang mga kulay na lapis, naghahanap ng mga sirang koneksyon at magkakapatong o hindi wastong paghawak ng mga interconnect.
Kapag ang pisikal na disenyo ay kumpleto na, ang koponan ay nahaharap sa isa pang hamon: pagmamanupaktura. Ang mga chip ay ginawa sa planta ng Western Electric sa Allentown, Pennsylvania, ngunit naalala ni Kang na ang rate ng ani (ang porsyento ng mga chips sa wafer na nakakatugon sa mga pamantayan sa pagganap at kalidad) ay napakababa.
Upang matugunan ito, si Kang at ang kanyang mga kasamahan ay nagtutungo sa planta mula sa New Jersey araw-araw, nag-roll up ng kanilang mga manggas at ginawa ang anumang kinakailangan, kabilang ang pagwawalis sa sahig at pag-calibrate ng mga kagamitan sa pagsubok, upang bumuo ng pakikipagkaibigan at kumbinsihin ang lahat na ang pinakakomplikadong produkto na sinubukang gawin ng planta ay maaaring gawin doon.
"Ang proseso ng pagbuo ng koponan ay naging maayos," sabi ni Kang. "Pagkalipas ng ilang buwan, nakagawa ang Western Electric ng mga de-kalidad na chip sa dami na lumampas sa demand."
Ang unang bersyon ng Bellmac-32 ay inilabas noong 1980, ngunit nabigo itong matupad ang mga inaasahan. Ang dalas ng target ng pagganap nito ay 2 MHz lamang, hindi 4 MHz. Natuklasan ng mga inhinyero na ang makabagong kagamitan sa pagsubok ng Takeda Riken na ginagamit nila noong panahong iyon ay may depekto, na may mga epekto sa linya ng paghahatid sa pagitan ng probe at ng test head na nagdudulot ng hindi tumpak na mga sukat. Nakipagtulungan sila sa pangkat ng Takeda Riken upang bumuo ng talahanayan ng pagwawasto upang itama ang mga error sa pagsukat.
Ang pangalawang henerasyong Bellmac chips ay may bilis ng orasan na lampas sa 6.2 MHz, minsan kasing taas ng 9 MHz. Ito ay itinuturing na napakabilis noong panahong iyon. Ang 16-bit Intel 8088 processor na inilabas ng IBM sa unang PC nito noong 1981 ay may clock speed na 4.77 MHz lamang.
Bakit ginawa ng Bellmac-32't maging mainstream
Sa kabila ng pangako nito, ang Bellmac-32 na teknolohiya ay hindi nakakuha ng malawakang komersyal na pag-aampon. Ayon kay Condrey, sinimulan ng AT&T na tingnan ang gumagawa ng kagamitan na NCR noong huling bahagi ng 1980s at kalaunan ay bumaling sa mga pagkuha, na nangangahulugang pinili ng kumpanya na suportahan ang iba't ibang linya ng produkto ng chip. Noong panahong iyon, nagsimula nang lumaki ang impluwensya ng Bellmac-32.
"Bago ang Bellmac-32, pinangungunahan ng NMOS ang merkado," sabi ni Condry. "Ngunit binago ng CMOS ang landscape dahil napatunayang ito ay isang mas mahusay na paraan upang ipatupad ito sa fab."
Sa paglipas ng panahon, binago ng realisasyong ito ang industriya ng semiconductor. Ang CMOS ay magiging batayan para sa mga modernong microprocessor, na nagpapagana sa digital revolution sa mga device tulad ng mga desktop computer at smartphone.
Ang matapang na eksperimento ng Bell Labs—gamit ang hindi pa nasusubukang proseso ng pagmamanupaktura at sumasaklaw sa isang buong henerasyon ng arkitektura ng chip—ay isang milestone sa kasaysayan ng teknolohiya.
Gaya ng sinabi ni Propesor Kang: "Kami ay nasa unahan ng kung ano ang posible. Hindi lamang kami sumusunod sa isang umiiral na landas, kami ay nagliliyab ng isang bagong landas." Idinagdag ni Propesor Huang, na kalaunan ay naging deputy director ng Singapore Institute of Microelectronics at isa ring IEEE Fellow: "Kabilang dito hindi lamang ang arkitektura at disenyo ng chip, kundi pati na rin ang malakihang pag-verify ng chip - gamit ang CAD ngunit walang mga digital simulation tool ngayon o kahit na mga breadboard (isang karaniwang paraan ng pagsuri sa disenyo ng circuit ng isang electronic system gamit ang mga chips bago ang mga bahagi ng circuit ay permanenteng konektado nang magkasama)."
Si Condry, Kang at Huang ay buong pusong nagbabalik-tanaw sa panahong iyon at nagpahayag ng paghanga sa husay at dedikasyon ng maraming empleyado ng AT&T na ang mga pagsisikap ay naging posible sa pamilyang Bellmac-32 chip.
Oras ng post: Mayo-19-2025