Kufika kwa chip hii kulibadilisha mwendo wa ukuzaji wa chip!
Mwishoni mwa miaka ya 1970, wasindikaji wa 8-bit walikuwa bado teknolojia ya juu zaidi wakati huo, na michakato ya CMOS ilikuwa na hasara katika uwanja wa semiconductor. Wahandisi katika AT&T Bell Labs walichukua hatua ya ujasiri katika siku zijazo, kwa kuchanganya michakato ya kisasa ya utengenezaji wa 3.5-micron CMOS na usanifu wa kichakata 32-bit katika jitihada za kuwashinda washindani katika utendakazi wa chip, kupita IBM na Intel.
Ingawa uvumbuzi wao, Bellmac-32 microprocessor, ulishindwa kufikia mafanikio ya kibiashara ya bidhaa za awali kama vile Intel 4004 (iliyotolewa mwaka wa 1971), ushawishi wake ulikuwa mkubwa. Leo, chipsi katika takriban simu mahiri, kompyuta za mkononi na kompyuta kibao zinategemea kanuni za ziada za semicondukta ya oksidi ya chuma (CMOS) iliyoanzishwa na Bellmac-32.
Miaka ya 1980 ilikuwa inakaribia, na AT&T ilikuwa inajaribu kujibadilisha. Kwa miongo kadhaa, kampuni kubwa ya mawasiliano kwa jina la utani "Mama Bell" ilikuwa imetawala biashara ya mawasiliano ya sauti nchini Marekani, na kampuni yake tanzu ya Western Electric ilizalisha karibu simu zote za kawaida katika nyumba na ofisi za Marekani. Serikali ya shirikisho ya Marekani ilihimiza kuvunjika kwa biashara ya AT&T kwa misingi ya kutokuaminika, lakini AT&T ikaona fursa ya kuingia katika nyanja ya kompyuta.
Na makampuni ya kompyuta tayari imara katika soko, AT&T ilipata vigumu kupata; mkakati wake ulikuwa kurukaruka, na Bellmac-32 ilikuwa chachu yake.
Familia ya Chip ya Bellmac-32 imetunukiwa Tuzo la IEEE Milestone. Sherehe za uzinduzi zitafanyika mwaka huu katika kampasi ya Nokia Bell Labs huko Murray Hill, New Jersey, na kwenye Jumba la Makumbusho la Historia ya Kompyuta huko Mountain View, California.
CHIP YA KIPEKEE
Badala ya kufuata kiwango cha tasnia cha chip 8-bit, wasimamizi wa AT&T waliwapa changamoto wahandisi wa Bell Labs kuunda bidhaa ya kimapinduzi: kichakataji cha kwanza cha kibiashara chenye uwezo wa kuhamisha biti 32 za data katika mzunguko wa saa moja. Hili lilihitaji si tu chip mpya bali pia usanifu mpya—ule ambao ungeweza kushughulikia ubadilishaji wa mawasiliano ya simu na kutumika kama uti wa mgongo wa mifumo ya kompyuta ya siku zijazo.
"Hatutengenezi tu chip ya haraka," Michael Condry, anayeongoza kikundi cha usanifu katika kituo cha Bell Labs' Holmdel, New Jersey, alisema. "Tunajaribu kuunda chip ambayo inaweza kusaidia sauti na kukokotoa."
Wakati huo, teknolojia ya CMOS ilionekana kama njia mbadala ya kuahidi lakini hatari kwa miundo ya NMOS na PMOS. Chips za NMOS zilitegemea kabisa transistors za aina ya N, ambazo zilikuwa za haraka lakini zenye uchu wa nguvu, wakati chips za PMOS zilitegemea harakati za mashimo yenye chaji, ambayo ilikuwa polepole sana. CMOS ilitumia muundo wa mseto ambao uliongeza kasi wakati wa kuokoa nishati. Faida za CMOS zilikuwa za kulazimisha sana hivi kwamba tasnia iligundua hivi karibuni kwamba hata ikiwa inahitajika mara mbili ya transistors (NMOS na PMOS kwa kila lango), ilikuwa inafaa.
Pamoja na maendeleo ya haraka ya teknolojia ya semiconductor iliyofafanuliwa na Sheria ya Moore, gharama ya kuongezeka kwa msongamano wa transistor iliweza kudhibitiwa na hatimaye kutozingatiwa. Hata hivyo, Bell Labs ilipoanzisha kamari hii yenye hatari kubwa, teknolojia kubwa ya utengenezaji wa CMOS haikuthibitishwa na gharama ilikuwa kubwa kiasi.
Hii haikutisha Bell Labs. Kampuni hiyo ilitumia ujuzi wa vyuo vyake vya Holmdel, Murray Hill, na Naperville, Illinois, na kukusanya "timu ya ndoto" ya wahandisi wa semiconductor. Timu hiyo ilijumuisha Condrey, Steve Conn, nyota anayechipukia katika muundo wa chipu, Victor Huang, mbunifu mwingine wa kichakataji kidogo, na wafanyakazi kadhaa kutoka AT&T Bell Labs. Walianza kusimamia mchakato mpya wa CMOS mwaka wa 1978 na kujenga microprocessor 32-bit kutoka mwanzo.
Anza na usanifu wa kubuni
Condrey alikuwa Mshirika wa zamani wa IEEE na baadaye aliwahi kuwa Afisa Mkuu wa Teknolojia wa Intel. Timu ya usanifu aliyoiongoza ilijitolea kujenga mfumo ambao asili uliunga mkono mfumo wa uendeshaji wa Unix na lugha ya C. Wakati huo, lugha zote mbili za Unix na C zilikuwa bado changa, lakini zilikusudiwa kutawala. Ili kuvunja kikomo cha kumbukumbu cha thamani sana cha kilobaiti (KB) wakati huo, walianzisha seti changamano ya maagizo ambayo ilihitaji hatua chache za utekelezaji na wangeweza kukamilisha kazi ndani ya mzunguko wa saa moja.
Wahandisi pia walitengeneza chip zinazotumia basi sawia ya VersaModule Eurocard (VME), ambayo huwezesha kompyuta iliyosambazwa na kuruhusu nodi nyingi kuchakata data kwa sambamba. Chipu zinazoendana na VME pia huziwezesha kutumika kwa udhibiti wa wakati halisi.
Timu iliandika toleo lake la Unix na kuipa uwezo wa wakati halisi ili kuhakikisha utangamano na mitambo ya kiotomatiki ya viwandani na matumizi sawa. Wahandisi wa Bell Labs pia walivumbua mantiki ya domino, ambayo iliongeza kasi ya uchakataji kwa kupunguza ucheleweshaji katika milango changamano ya mantiki.
Mbinu za ziada za majaribio na uthibitishaji zilitengenezwa na kuletwa na moduli ya Bellmac-32, mradi changamano wa uthibitishaji wa chip nyingi na majaribio ulioongozwa na Jen-Hsun Huang ambao ulipata kasoro sifuri au karibu sufuri katika utengenezaji wa chipu changamano. Hili lilikuwa la kwanza katika ulimwengu wa jaribio kubwa sana la saketi jumuishi (VLSI). Wahandisi wa Bell Labs walibuni mpango uliopangwa, wakakagua kazi ya wenzao mara kwa mara, na hatimaye wakapata ushirikiano wa kina katika familia nyingi za chip, na kuhitimisha kwa mfumo kamili wa kompyuta ndogo.
Inayofuata inakuja sehemu yenye changamoto zaidi: utengenezaji halisi wa chip.
"Wakati huo, upangaji, majaribio, na teknolojia za utengenezaji wa mazao ya juu zilikuwa chache sana," anakumbuka Kang, ambaye baadaye alikua rais wa Taasisi ya Juu ya Sayansi na Teknolojia ya Korea (KAIST) na mwenzake wa IEEE. Anabainisha kuwa ukosefu wa zana za CAD za uthibitishaji wa chip kamili ulilazimisha timu kuchapisha michoro kubwa zaidi ya Calcomp. Miradi hii inaonyesha jinsi transistors, waya, na viunganishi vinapaswa kupangwa ndani ya chip ili kutoa pato linalohitajika. Timu iliwakusanya kwenye sakafu na mkanda, na kutengeneza mchoro mkubwa wa mraba zaidi ya mita 6 kwa upande. Kang na wenzake walichora kwa mkono kila saketi katika penseli za rangi, wakitafuta miunganisho iliyovunjika na viunganishi vinavyopishana au visivyoshikiliwa ipasavyo.
Mara tu muundo wa kimwili ulipokamilika, timu ilikabiliwa na changamoto nyingine: utengenezaji. Chips zilitolewa katika kiwanda cha Umeme cha Magharibi huko Allentown, Pennsylvania, lakini Kang anakumbuka kwamba kiwango cha mavuno (asilimia ya chipsi kwenye kaki iliyokidhi viwango vya utendakazi na ubora) kilikuwa cha chini sana.
Ili kushughulikia hili, Kang na wenzake waliendesha gari hadi kwenye kiwanda kutoka New Jersey kila siku, wakakunja mikono yao na kufanya chochote kilichohitajika, ikiwa ni pamoja na kufagia sakafu na kurekebisha vifaa vya mtihani, kujenga urafiki na kushawishi kila mtu kwamba bidhaa ngumu zaidi ambayo mmea umewahi kujaribu kuzalisha inaweza kweli kufanywa huko.
"Mchakato wa kujenga timu ulikwenda vizuri," Kang alisema. "Baada ya miezi michache, Western Electric iliweza kutoa chipsi za hali ya juu kwa idadi ambayo ilizidi mahitaji."
Toleo la kwanza la Bellmac-32 lilitolewa mnamo 1980, lakini halikuweza kufikia matarajio. Masafa ya lengo la utendaji wake yalikuwa 2 MHz tu, sio 4 MHz. Wahandisi hao waligundua kuwa kifaa cha kisasa cha majaribio cha Takeda Riken walichokuwa wakitumia wakati huo kilikuwa na hitilafu, huku athari za njia ya upitishaji kati ya probe na kichwa cha majaribio zikisababisha vipimo visivyo sahihi. Walifanya kazi na timu ya Takeda Riken kutengeneza jedwali la kusahihisha ili kurekebisha makosa ya kipimo.
Chipu za Bellmac za kizazi cha pili zilikuwa na kasi ya saa inayozidi 6.2 MHz, wakati mwingine hadi 9 MHz. Hii ilizingatiwa haraka sana wakati huo. Kichakato cha 16-bit cha Intel 8088 ambacho IBM ilitoa kwenye PC yake ya kwanza mwaka 1981 kilikuwa na kasi ya saa ya 4.77 MHz tu.
Kwa nini Bellmac-32 haikufanya't kuwa tawala
Licha ya ahadi yake, teknolojia ya Bellmac-32 haikupata kupitishwa kwa kibiashara. Kulingana na Condrey, AT&T ilianza kuangalia mtengenezaji wa vifaa vya NCR mwishoni mwa miaka ya 1980 na baadaye akageukia ununuzi, ambayo ilimaanisha kuwa kampuni ilichagua kuunga mkono laini tofauti za bidhaa za chip. Kufikia wakati huo, ushawishi wa Bellmac-32 ulikuwa umeanza kukua.
"Kabla ya Bellmac-32, NMOS ilitawala soko," Condry alisema. "Lakini CMOS ilibadilisha mazingira kwa sababu imeonekana kuwa njia bora zaidi ya kuitekeleza kwa kitambaa."
Baada ya muda, utambuzi huu ulibadilisha tasnia ya semiconductor. CMOS inaweza kuwa msingi wa vichakataji vidogo vya kisasa, kuwezesha mapinduzi ya kidijitali katika vifaa kama vile kompyuta za mezani na simu mahiri.
Jaribio la kijasiri la Bell Labs-kwa kutumia mchakato wa utengenezaji ambao haujajaribiwa na kuchukua kizazi kizima cha usanifu wa chip-ilikuwa hatua muhimu katika historia ya teknolojia.
Kama vile Profesa Kang asemavyo: “Tulikuwa mstari wa mbele katika jambo lililowezekana. Profesa Huang, ambaye baadaye alikua naibu mkurugenzi wa Taasisi ya Singapore ya Microelectronics na pia ni Mshirika wa IEEE, anaongeza: "Hii ilijumuisha sio tu usanifu wa chip na muundo, lakini pia uthibitishaji wa kiwango kikubwa cha chip - kwa kutumia CAD lakini bila zana za kisasa za kuiga za dijiti au hata bodi za mkate (njia ya kawaida ya kuangalia muundo wa mzunguko wa mfumo wa kielektroniki unaotumia chip kabla ya vipengee vilivyounganishwa pamoja)
Condry, Kang na Huang wanatazama nyuma wakati huo kwa furaha na wanaonyesha kufurahishwa na ustadi na kujitolea kwa wafanyikazi wengi wa AT&T ambao juhudi zao ziliwezesha familia ya chipu ya Bellmac-32.
Muda wa kutuma: Mei-19-2025