Kufika kwa chipu hii kulibadilisha mkondo wa ukuzaji wa chipu!
Mwishoni mwa miaka ya 1970, vichakataji vya biti 8 bado vilikuwa teknolojia ya hali ya juu zaidi wakati huo, na michakato ya CMOS ilikuwa katika hasara katika uwanja wa semiconductor. Wahandisi katika AT&T Bell Labs walichukua hatua ya ujasiri katika siku zijazo, wakichanganya michakato ya kisasa ya utengenezaji wa CMOS ya mikroni 3.5 na usanifu bunifu wa vichakataji vya biti 32 katika juhudi za kuwazidi washindani katika utendaji wa chipu, wakizidi IBM na Intel.
Ingawa uvumbuzi wao, kichakataji kidogo cha Bellmac-32, ulishindwa kufikia mafanikio ya kibiashara ya bidhaa za awali kama vile Intel 4004 (iliyotolewa mwaka wa 1971), ushawishi wake ulikuwa mkubwa. Leo, chipsi katika karibu simu zote mahiri, kompyuta mpakato, na kompyuta kibao hutegemea kanuni za semiconductor ya metali-oksidi inayosaidiana (CMOS) zilizoanzishwa na Bellmac-32.
Miaka ya 1980 ilikuwa inakaribia, na AT&T ilikuwa ikijaribu kujibadilisha. Kwa miongo kadhaa, kampuni kubwa ya mawasiliano ya simu iliyopewa jina la utani "Mother Bell" ilikuwa imetawala biashara ya mawasiliano ya sauti nchini Marekani, na kampuni yake tanzu ya Western Electric ilitengeneza karibu simu zote za kawaida katika nyumba na ofisi za Marekani. Serikali ya shirikisho la Marekani ilihimiza kuvunjika kwa biashara ya AT&T kwa misingi ya kupinga ukiritimba, lakini AT&T iliona fursa ya kuingia katika uwanja wa kompyuta.
Kwa kuwa kampuni za kompyuta tayari zimeimarika sokoni, AT&T iliona ni vigumu kuzifikia; mkakati wake ulikuwa kurukaruka, na Bellmac-32 ilikuwa ndio msingi wake.
Familia ya chipsi za Bellmac-32 imepewa Tuzo ya Milestone ya IEEE. Sherehe za uzinduzi zitafanyika mwaka huu katika kampasi ya Nokia Bell Labs huko Murray Hill, New Jersey, na katika Jumba la Makumbusho la Historia ya Kompyuta huko Mountain View, California.
CHIPI YA KIPEKEE
Badala ya kufuata kiwango cha tasnia cha chipu za biti 8, watendaji wa AT&T waliwapa changamoto wahandisi wa Bell Labs kutengeneza bidhaa ya mapinduzi: kichakataji kidogo cha kwanza cha kibiashara chenye uwezo wa kuhamisha biti 32 za data katika mzunguko mmoja wa saa. Hii haikuhitaji tu chipu 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.
"Hatujengi tu chipu ya kasi zaidi," alisema Michael Condry, anayeongoza kikundi cha usanifu katika kituo cha Bell Labs' Holmdel, New Jersey. "Tunajaribu kubuni chipu inayoweza kusaidia sauti na hesabu."
Wakati huo, teknolojia ya CMOS ilionekana kama njia mbadala yenye matumaini lakini hatari kwa miundo ya NMOS na PMOS. Chipu za NMOS zilitegemea kabisa transistors za aina ya N, ambazo zilikuwa za haraka lakini zenye ulaji mwingi wa nguvu, huku chipu za PMOS zikitegemea mwendo wa mashimo yenye chaji chanya, ambayo ilikuwa polepole sana. CMOS ilitumia muundo mseto ulioongeza kasi huku ikiokoa nguvu. Faida za CMOS zilikuwa za kuvutia sana hivi kwamba tasnia hiyo iligundua haraka kwamba hata kama ilihitaji transistors mara mbili zaidi (NMOS na PMOS kwa kila lango), ilikuwa na thamani yake.
Kwa maendeleo ya haraka ya teknolojia ya semiconductor yaliyoelezwa na Sheria ya Moore, gharama ya kuongezeka maradufu kwa msongamano wa transistor ikawa rahisi kudhibitiwa na hatimaye ikawa ndogo. Hata hivyo, Bell Labs ilipoanza kamari hii yenye hatari kubwa, teknolojia kubwa ya utengenezaji wa CMOS haikuwa imethibitishwa na gharama ilikuwa kubwa kiasi.
Hili halikuitisha Bell Labs. Kampuni hiyo ilitumia utaalamu wa vyuo vikuu vyake huko Holmdel, Murray Hill, na Naperville, Illinois, na kuunda "timu ya ndoto" ya wahandisi wa nusu-semiconductor. Timu hiyo ilijumuisha Condrey, Steve Conn, nyota anayechipuka katika usanifu wa chipu, Victor Huang, mbunifu mwingine wa kichakataji kidogo, na wafanyakazi kadhaa kutoka AT&T Bell Labs. Walianza kufahamu mchakato mpya wa CMOS mnamo 1978 na kujenga kichakataji kidogo cha biti 32 kuanzia mwanzo.
Anza na usanifu wa usanifu
Condrey alikuwa Mjumbe wa zamani wa IEEE na baadaye alihudumu kama Afisa Mkuu wa Teknolojia wa Intel. Timu ya usanifu aliyoiongoza ilijitolea kujenga mfumo ambao kwa asili uliunga mkono mfumo endeshi wa Unix na lugha ya C. Wakati huo, Unix na lugha ya C zilikuwa bado changa, lakini zilikusudiwa kutawala. Ili kuvunja kikomo cha kumbukumbu cha thamani sana cha kilobaiti (KB) wakati huo, walianzisha seti changamano ya maelekezo ambayo ilihitaji hatua chache za utekelezaji na ingeweza kukamilisha kazi ndani ya mzunguko mmoja wa saa.
Wahandisi pia walibuni chipu zinazounga mkono basi sambamba ya VersaModule Eurocard (VME), ambayo huwezesha kompyuta iliyosambazwa na huruhusu nodi nyingi kuchakata data 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 otomatiki ya viwanda na matumizi kama hayo. Wahandisi wa Bell Labs pia walivumbua mantiki ya domino, ambayo iliongeza kasi ya usindikaji kwa kupunguza ucheleweshaji katika milango tata ya mantiki.
Mbinu za ziada za majaribio na uthibitishaji zilitengenezwa na kuletwa na moduli ya Bellmac-32, mradi tata wa uthibitishaji na majaribio ya chipu nyingi unaoongozwa na Jen-Hsun Huang ambao ulipata kasoro sifuri au karibu sifuri katika utengenezaji tata wa chipu. Huu ulikuwa jaribio la kwanza ulimwenguni la saketi jumuishi ya kiwango kikubwa sana (VLSI). Wahandisi wa Bell Labs waliunda mpango wa kimfumo, wakaangalia kazi za wenzao mara kwa mara, na hatimaye wakapata ushirikiano usio na mshono katika familia nyingi za chipu, na kufikia mwisho katika mfumo kamili wa kompyuta ndogo.
Ifuatayo inakuja sehemu yenye changamoto zaidi: utengenezaji halisi wa chip.
"Wakati huo, mpangilio, majaribio, na teknolojia za utengenezaji zenye mavuno mengi zilikuwa chache sana," anakumbuka Kang, ambaye baadaye akawa rais wa Taasisi ya Sayansi na Teknolojia ya Korea (KAIST) na mshiriki wa IEEE. Anabainisha kuwa ukosefu wa zana za CAD za uthibitishaji kamili wa chipu ulilazimisha timu kuchapisha michoro mikubwa ya Calcomp. Michoro hii inaonyesha jinsi transistors, waya, na miunganisho inavyopaswa kupangwa ndani ya chipu ili kutoa matokeo yanayohitajika. Timu ilizikusanya sakafuni kwa kutumia tepi, na kutengeneza mraba mkubwa unaochora zaidi ya mita 6 pembeni. Kang na wenzake walichora kila saketi kwa mkono kwa penseli za rangi, wakitafuta miunganisho iliyovunjika na miunganisho inayoingiliana au isiyoshughulikiwa vizuri.
Mara tu muundo halisi ulipokamilika, timu ilikabiliwa na changamoto nyingine: utengenezaji. Chipsi zilizalishwa katika kiwanda cha Western Electric huko Allentown, Pennsylvania, lakini Kang anakumbuka kwamba kiwango cha mavuno (asilimia ya chipsi kwenye wafer iliyokidhi viwango vya utendaji na ubora) kilikuwa cha chini sana.
Ili kushughulikia hili, Kang na wenzake waliendesha gari hadi kiwandani kutoka New Jersey kila siku, wakakunja mikono yao na kufanya chochote kilichohitajika, ikiwa ni pamoja na kufagia sakafu na kuweka vipimo vya vifaa vya majaribio, ili kujenga urafiki na kuwashawishi kila mtu kwamba bidhaa tata zaidi ambayo kiwanda hicho kimewahi kujaribu kutoa inaweza kutengenezwa hapo.
"Mchakato wa kujenga timu ulikwenda vizuri," Kang alisema. "Baada ya miezi michache, Western Electric iliweza kutoa chipsi zenye ubora wa juu kwa kiasi kilichozidi mahitaji."
Toleo la kwanza la Bellmac-32 lilitolewa mwaka wa 1980, lakini lilishindwa kufikia matarajio. Masafa yake ya utendaji yalikuwa 2 MHz pekee, si 4 MHz. Wahandisi waligundua kuwa vifaa vya kisasa vya majaribio vya Takeda Riken walivyokuwa wakitumia wakati huo vilikuwa na kasoro, huku athari za mstari wa upitishaji kati ya probe na kichwa cha majaribio zikisababisha vipimo visivyo sahihi. Walifanya kazi na timu ya Takeda Riken kutengeneza jedwali la marekebisho ili kurekebisha makosa ya vipimo.
Chipu za Bellmac za kizazi cha pili zilikuwa na kasi ya saa inayozidi 6.2 MHz, wakati mwingine hadi 9 MHz. Hii ilizingatiwa kuwa ya haraka sana wakati huo. Kichakataji cha Intel 8088 cha biti 16 ambacho IBM ilitoa katika Kompyuta yake ya kwanza mnamo 1981 kilikuwa na kasi ya saa ya 4.77 MHz pekee.
Kwa nini Bellmac-32 haikufanya hivyo?'kuwa mtawala
Licha ya ahadi yake, teknolojia ya Bellmac-32 haikupata umaarufu mkubwa kibiashara. Kulingana na Condrey, AT&T ilianza kuangalia kampuni ya kutengeneza vifaa vya NCR mwishoni mwa miaka ya 1980 na baadaye ikageukia ununuzi, ambayo ilimaanisha kuwa kampuni ilichagua kuunga mkono aina 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 ilithibitika kuwa njia bora zaidi ya kuitekeleza kwa ufanisi zaidi."
Baada ya muda, utambuzi huu ulibadilisha tasnia ya nusu-semiconductor. CMOS ingekuwa msingi wa vichakataji vidogo vya kisasa, ikiwezesha mapinduzi ya kidijitali katika vifaa kama vile kompyuta za mezani na simu mahiri.
Jaribio la ujasiri la Bell Labs—kwa kutumia mchakato wa utengenezaji ambao haujajaribiwa na unaohusisha kizazi kizima cha usanifu wa chipu—lilikuwa hatua muhimu katika historia ya teknolojia.
Kama Profesa Kang anavyosema: “Tulikuwa mstari wa mbele katika kile kilichowezekana. Hatukuwa tukifuata njia iliyopo tu, tulikuwa tukianzisha njia mpya.” Profesa Huang, ambaye baadaye akawa naibu mkurugenzi wa Taasisi ya Microelectronics ya Singapore na pia ni Mshiriki wa IEEE, anaongeza: “Hii ilijumuisha sio tu usanifu na muundo wa chipu, lakini pia uthibitishaji mkubwa wa chipu - kwa kutumia CAD lakini bila zana za simulizi za kidijitali za leo au hata mbao za mkate (njia ya kawaida ya kuangalia muundo wa saketi ya mfumo wa kielektroniki unaotumia chipu kabla ya vipengele vya saketi kuunganishwa pamoja kabisa).”
Condry, Kang na Huang wanakumbuka wakati huo kwa upendo na kuonyesha pongezi kwa ustadi na kujitolea kwa wafanyakazi wengi wa AT&T ambao juhudi zao ziliwezesha familia ya chip ya Bellmac-32.
Muda wa chapisho: Mei-19-2025