Binago ng pagdating ng chip na ito ang takbo ng pag-unlad ng chip!
Noong huling bahagi ng dekada 1970, ang mga 8-bit processor pa rin ang pinaka-advanced na teknolohiya noong panahong iyon, at ang mga prosesong CMOS ay nasa dehado sa larangan ng semiconductor. Ang mga inhinyero sa AT&T Bell Labs ay gumawa ng isang matapang na hakbang patungo sa hinaharap, na pinagsasama ang mga makabagong proseso ng pagmamanupaktura ng 3.5-micron CMOS na may makabagong mga arkitektura ng 32-bit na processor sa pagsisikap na malampasan ang mga kakumpitensya sa pagganap ng chip, na nalampasan ang IBM at Intel.
Bagama't nabigo ang kanilang imbensyon, ang Bellmac-32 microprocessor, na makamit ang tagumpay sa komersyo ng mga naunang produkto tulad ng Intel 4004 (inilabas noong 1971), malalim ang impluwensya nito. Sa kasalukuyan, ang mga chip sa halos lahat ng smartphone, laptop, at tablet ay umaasa sa mga prinsipyo ng complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) na pinasimulan ng Bellmac-32.
Papalapit na ang dekada 1980, at sinusubukan ng AT&T na baguhin ang sarili nito. Sa loob ng mga dekada, ang higanteng telekomunikasyon na binansagang "Mother Bell" ang nangibabaw sa negosyo ng komunikasyon sa boses sa Estados Unidos, at ang subsidiary nito na Western Electric ang gumawa ng halos lahat ng karaniwang telepono sa mga tahanan at opisina sa Amerika. Hinimok ng pederal na pamahalaan ng US ang paghiwalayin ang negosyo ng AT&T dahil sa mga kadahilanang antitrust, ngunit nakakita ang AT&T ng pagkakataon na pumasok sa larangan ng kompyuter.
Dahil matatag na ang mga kompanya ng kompyuter sa merkado, nahirapan ang AT&T na makahabol; ang estratehiya nito ay ang lumukso, at ang Bellmac-32 ang naging tuntungan nito.
Ang pamilya ng Bellmac-32 chip ay pinarangalan ng IEEE Milestone Award. Ang mga seremonya ng pagbubukas 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 ng industriya ng mga 8-bit chips, hinamon ng mga ehekutibo 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 clock cycle. Nangangailangan ito hindi lamang ng isang bagong chip kundi pati na rin ng isang bagong arkitektura—isa na maaaring humawak sa telecommunications switching at magsilbing gulugod ng mga sistema ng computing sa hinaharap.
"Hindi lang kami basta gumagawa ng mas mabilis na chip," sabi ni Michael Condry, na nangunguna sa grupo ng arkitektura sa pasilidad ng Bell Labs sa Holmdel, New Jersey. "Sinusubukan naming magdisenyo ng isang chip na kayang sumuporta sa parehong boses at compute."
Noong panahong iyon, ang teknolohiyang CMOS ay itinuring na isang promising ngunit mapanganib na alternatibo sa mga disenyo ng NMOS at PMOS. Ang mga NMOS chip ay lubos na umaasa sa mga N-type transistor, na mabilis ngunit matipid sa kuryente, habang ang mga PMOS chip ay umaasa sa paggalaw ng mga positive charged hole, na masyadong mabagal. Gumamit ang CMOS ng hybrid na disenyo na nagpapataas ng bilis habang nakakatipid ng kuryente. Ang mga bentahe ng CMOS ay lubos na nakakaakit kaya't agad na napagtanto ng industriya na kahit na mangailangan ito ng dobleng dami ng transistor (NMOS at PMOS para sa bawat gate), sulit ito.
Dahil sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiyang semiconductor na inilarawan sa Batas ni Moore, ang gastos ng pagdoble ng densidad ng transistor ay naging mapangasiwaan at kalaunan ay bale-wala. Gayunpaman, nang simulan ng Bell Labs ang ganitong mapanganib na sugal, ang malawakang teknolohiya sa pagmamanupaktura ng CMOS ay hindi pa napatunayan at ang gastos ay medyo mataas.
Hindi ito natakot sa Bell Labs. Ang kompanya ay gumamit ng kadalubhasaan ng mga kampus nito sa Holmdel, Murray Hill, at Naperville, Illinois, at bumuo ng isang "dream team" ng mga inhinyero ng semiconductor. Kasama sa pangkat 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. Sinimulan nilang pag-aralan ang isang bagong proseso ng CMOS noong 1978 at bumuo ng isang 32-bit na 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 kanyang pinamunuan ay nakatuon sa pagbuo ng isang sistema na katutubong sumusuporta sa Unix operating system at sa wikang C. Noong panahong iyon, parehong nasa simula pa lamang ang Unix at ang wikang C, ngunit nakatakdang mangibabaw. Upang malampasan ang napakahalagang limitasyon ng memorya na kilobytes (KB) noong panahong iyon, nagpakilala sila ng isang kumplikadong hanay ng mga tagubilin na nangangailangan ng mas kaunting mga hakbang sa pagpapatupad at maaaring makumpleto ang mga gawain sa loob ng isang clock cycle.
Nagdisenyo rin ang mga inhinyero ng mga chip na sumusuporta sa VersaModule Eurocard (VME) parallel bus, na nagbibigay-daan sa distributed computing at nagpapahintulot sa maraming node na magproseso ng data nang parallel. Nagbibigay-daan din ang mga chip na tugma sa VME na magamit ang mga ito para sa real-time na kontrol.
Ang koponan ay sumulat ng sarili nitong bersyon ng Unix at binigyan ito ng mga real-time na kakayahan upang matiyak ang pagiging tugma sa industrial automation at mga katulad na aplikasyon. Inimbento rin ng mga inhinyero ng Bell Labs ang domino logic, na nagpabilis sa pagproseso sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga pagkaantala sa mga kumplikadong logic gate.
Ang mga karagdagang pamamaraan sa pagsubok at beripikasyon ay binuo at ipinakilala kasama ang Bellmac-32 module, isang kumplikadong proyekto sa beripikasyon at pagsubok ng multi-chip na pinangunahan ni Jen-Hsun Huang na nakamit ang zero o halos zero na mga depekto sa kumplikadong paggawa ng chip. Ito ang una sa mundo ng napakalaking pagsusuri ng integrated circuit (VLSI). 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 kolaborasyon sa maraming pamilya ng chip, na nagtapos sa isang kumpletong sistema ng microcomputer.
Susunod ay ang pinakamahirap na bahagi: ang aktwal na paggawa ng chip.
“Noong panahong iyon, napakabihira ng mga teknolohiya sa layout, pagsubok, at pagmamanupaktura na may mataas na ani,” paggunita ni Kang, na kalaunan ay naging pangulo ng Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) at isang fellow ng IEEE. Binanggit niya na ang kakulangan ng mga CAD tool para sa full-chip verification ay nagpilit sa pangkat na mag-print ng mga malalaking Calcomp drawing. Ipinapakita ng mga eskematiko na ito kung paano dapat ayusin ang mga transistor, wire, at interconnect sa loob ng isang chip upang mabigyan ang ninanais na output. Pinagsama-sama ng pangkat ang mga ito sa sahig gamit ang tape, na bumubuo ng isang higanteng parisukat na drawing na higit sa 6 na metro sa isang gilid. Iginuhit ni Kang at ng kanyang mga kasamahan ang bawat circuit gamit ang mga colored pencil, hinahanap ang mga sirang koneksyon at magkakapatong o hindi wastong paghawak ng mga interconnect.
Nang makumpleto ang pisikal na disenyo, naharap ang pangkat sa isa pang hamon: ang pagmamanupaktura. Ang mga chips ay ginawa sa planta ng Western Electric sa Allentown, Pennsylvania, ngunit naalala ni Kang na ang yield rate (ang porsyento ng mga chips sa wafer na nakakatugon sa mga pamantayan ng pagganap at kalidad) ay napakababa.
Upang matugunan ito, si Kang at ang kanyang mga kasamahan ay nagmamaneho papunta sa planta mula New Jersey araw-araw, nagsikap, at ginawa ang anumang kinakailangan, kabilang ang pagwawalis ng mga sahig at pag-calibrate ng mga kagamitan sa pagsubok, upang bumuo ng pakikipagkaibigan at kumbinsihin ang lahat na ang pinakakumplikadong produktong sinubukan ng planta na gawin ay talagang magagawa doon.
“Naging maayos ang proseso ng pagbuo ng pangkat,” sabi ni Kang. “Pagkatapos ng ilang buwan, nakagawa ang Western Electric ng mga de-kalidad na chips sa dami na higit pa sa demand.”
Ang unang bersyon ng Bellmac-32 ay inilabas noong 1980, ngunit nabigo itong maabot ang mga inaasahan. Ang target na dalas ng pagganap nito ay 2 MHz lamang, hindi 4 MHz. Natuklasan ng mga inhinyero na ang makabagong kagamitan sa pagsubok ng Takeda Riken na kanilang ginagamit noong panahong iyon ay may depekto, kung saan ang mga epekto ng linya ng transmisyon sa pagitan ng probe at ng test head ay nagdudulot ng mga hindi tumpak na pagsukat. Nakipagtulungan sila sa pangkat ng Takeda Riken upang bumuo ng isang talahanayan ng pagwawasto upang itama ang mga pagkakamali sa pagsukat.
Ang ikalawang henerasyon ng mga Bellmac chip ay may bilis ng orasan na lumalagpas sa 6.2 MHz, minsan ay kasingtaas ng 9 MHz. Ito ay itinuturing na medyo mabilis noong panahong iyon. Ang 16-bit na Intel 8088 processor na inilabas ng IBM sa unang PC nito noong 1981 ay may bilis ng orasan na 4.77 MHz lamang.
Bakit hindi ginawa ng Bellmac-32'hindi maging mainstream
Sa kabila ng pangako nito, ang teknolohiyang Bellmac-32 ay hindi nakamit ang malawakang paggamit sa komersyo. Ayon kay Condrey, sinimulan ng AT&T na tingnan ang tagagawa ng kagamitan na NCR noong huling bahagi ng dekada 1980 at kalaunan ay bumaling sa mga pagbili, na nangangahulugang pinili ng kumpanya na suportahan ang iba't ibang linya ng produkto ng chip. Nang panahong iyon, nagsimulang lumago ang impluwensya ng Bellmac-32.
“Bago ang Bellmac-32, nangibabaw ang NMOS sa merkado,” sabi ni Condry. “Ngunit binago ng CMOS ang sitwasyon dahil napatunayan nitong mas mahusay itong paraan upang ipatupad ito sa pabrika.”
Sa paglipas ng panahon, binago ng realisasyong ito ang industriya ng semiconductor. Ang CMOS ang magiging batayan para sa mga modernong microprocessor, na siyang nagpapalakas sa digital na rebolusyon sa mga device tulad ng mga desktop computer at smartphone.
Ang matapang na eksperimento ng Bell Labs—gamit ang isang hindi pa nasusubukang proseso ng pagmamanupaktura at sumasaklaw sa isang buong henerasyon ng arkitektura ng chip—ay isang mahalagang pangyayari sa kasaysayan ng teknolohiya.
Gaya ng pagkakasabi ni Propesor Kang: “Nangunguna kami sa kung ano ang posible. Hindi lamang namin sinusundan ang isang umiiral na landas, sinisimulan namin ang isang bagong landas.” Dagdag pa ni Propesor Huang, na kalaunan ay naging pangalawang direktor 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 malawakang pag-verify ng chip – gamit ang CAD ngunit walang mga digital simulation tool ngayon o kahit mga breadboard (isang karaniwang paraan ng pagsuri sa disenyo ng circuit ng isang elektronikong sistema gamit ang mga chip bago permanenteng magkaugnay ang mga bahagi ng circuit).”
Masayang ginugunita nina Condry, Kang, at Huang ang panahong iyon at nagpahayag ng paghanga sa kasanayan at dedikasyon ng maraming empleyado ng AT&T na ang mga pagsisikap ang nagbigay-daan upang maisakatuparan ang pamilya ng Bellmac-32 chip.
Oras ng pag-post: Mayo-19-2025