Ardhja e këtij çipi ndryshoi rrjedhën e zhvillimit të çipave!
Në fund të viteve 1970, procesorët 8-bit ishin ende teknologjia më e përparuar në atë kohë, dhe proceset CMOS ishin në disavantazh në fushën e gjysmëpërçuesve. Inxhinierët në AT&T Bell Labs ndërmorën një hap të guximshëm drejt së ardhmes, duke kombinuar proceset e prodhimit CMOS 3.5 mikronësh të teknologjisë së fundit me arkitekturat inovative të procesorëve 32-bit në një përpjekje për të tejkaluar konkurrentët në performancën e çipave, duke tejkaluar IBM dhe Intel.
Edhe pse shpikja e tyre, mikroprocesori Bellmac-32, dështoi të arrinte suksesin komercial të produkteve të mëparshme si Intel 4004 (i lëshuar në vitin 1971), ndikimi i tij ishte i thellë. Sot, çipat në pothuajse të gjithë telefonat inteligjentë, laptopët dhe tabletët mbështeten në parimet plotësuese të gjysmëpërçuesit metal-oksid (CMOS) të pionierizuara nga Bellmac-32.
Vitet 1980 po afronin dhe AT&T po përpiqej të transformohej. Për dekada të tëra, gjigandi i telekomunikacionit me nofkën "Nëna Bell" kishte dominuar biznesin e komunikimeve zanore në Shtetet e Bashkuara dhe dega e tij Western Electric prodhonte pothuajse të gjitha telefonat e zakonshëm në shtëpitë dhe zyrat amerikane. Qeveria federale e SHBA-së kërkoi shpërbërjen e biznesit të AT&T për arsye antitrusti, por AT&T pa një mundësi për të hyrë në fushën e kompjuterëve.
Me kompanitë e kompjuterave tashmë të vendosura mirë në treg, AT&T e pati të vështirë të kapte ritmin; strategjia e saj ishte të kapërcente një hap më tej dhe Bellmac-32 ishte trampolina e saj.
Familja e çipave Bellmac-32 është nderuar me një Çmim Milestone IEEE. Ceremonitë e zbulimit do të mbahen këtë vit në kampusin e Nokia Bell Labs në Murray Hill, New Jersey, dhe në Muzeun e Historisë së Kompjuterave në Mountain View, California.
ÇIP UNIK
Në vend që të ndiqnin standardin e industrisë së çipave 8-bitësh, drejtuesit e AT&T i sfiduan inxhinierët e Bell Labs të zhvillonin një produkt revolucionar: mikroprocesorin e parë komercial të aftë të transferonte 32 bit të dhënash në një cikël të vetëm ore. Kjo kërkonte jo vetëm një çip të ri, por edhe një arkitekturë të re - një që mund të trajtonte ndërrimin e telekomunikacionit dhe të shërbente si shtylla kurrizore e sistemeve të ardhshme kompjuterike.
"Ne nuk po ndërtojmë vetëm një çip më të shpejtë", tha Michael Condry, i cili drejton grupin e arkitekturës në objektin e Bell Labs në Holmdel, New Jersey. "Ne po përpiqemi të projektojmë një çip që mund të mbështesë si zërin ashtu edhe llogaritjen."
Në atë kohë, teknologjia CMOS shihej si një alternativë premtuese, por e rrezikshme ndaj modeleve NMOS dhe PMOS. Çipat NMOS mbështeteshin tërësisht në transistorët e tipit N, të cilët ishin të shpejtë por konsumonin shumë energji, ndërsa çipat PMOS mbështeteshin në lëvizjen e vrimave të ngarkuara pozitivisht, gjë që ishte shumë e ngadaltë. CMOS përdorte një dizajn hibrid që rriste shpejtësinë duke kursyer energji. Avantazhet e CMOS ishin aq bindëse sa industria shpejt e kuptoi se edhe nëse kërkonte dyfishin e transistorëve (NMOS dhe PMOS për secilën portë), ia vlente.
Me zhvillimin e shpejtë të teknologjisë gjysmëpërçuese të përshkruar nga Ligji i Moore-it, kostoja e dyfishimit të dendësisë së transistorëve u bë e menaxhueshme dhe përfundimisht e papërfillshme. Megjithatë, kur Bell Labs ndërmori këtë rrezik me rrezik të lartë, teknologjia e prodhimit CMOS në shkallë të gjerë ishte e paprovuar dhe kostoja ishte relativisht e lartë.
Kjo nuk i trembi Bell Labs. Kompania u mbështet në ekspertizën e kampuseve të saj në Holmdel, Murray Hill dhe Naperville, Illinois, dhe mblodhi një "ekip ëndrrash" inxhinierësh gjysmëpërçues. Ekipi përfshinte Condrey, Steve Conn, një yll në ngritje në projektimin e çipave, Victor Huang, një tjetër projektues mikroprocesori, dhe dhjetëra punonjës nga AT&T Bell Labs. Ata filluan të zotëronin një proces të ri CMOS në vitin 1978 dhe të ndërtonin një mikroprocesor 32-bit nga e para.
Filloni me arkitekturën e dizajnit
Condrey ishte një ish-anëtar i IEEE-së dhe më vonë shërbeu si Drejtor i Teknologjisë në Intel. Ekipi i arkitekturës që ai drejtoi ishte i përkushtuar për të ndërtuar një sistem që mbështeste në mënyrë native sistemin operativ Unix dhe gjuhën C. Në atë kohë, si Unix ashtu edhe gjuha C ishin ende në hapat e tyre fillestarë, por ishin të destinuar të dominonin. Për të thyer limitin jashtëzakonisht të vlefshëm të kujtesës prej kilobajtësh (KB) në atë kohë, ata prezantuan një grup kompleks udhëzimesh që kërkonte më pak hapa ekzekutimi dhe mund të përfundonte detyrat brenda një cikli ore.
Inxhinierët gjithashtu projektuan çipa që mbështesin autobusin paralel VersaModule Eurocard (VME), i cili mundëson informatikën e shpërndarë dhe lejon nyje të shumta të përpunojnë të dhënat paralelisht. Çipat e pajtueshëm me VME gjithashtu mundësojnë që ato të përdoren për kontroll në kohë reale.
Ekipi shkroi versionin e vet të Unix dhe i dha atij aftësi në kohë reale për të siguruar përputhshmërinë me automatizimin industrial dhe aplikacione të ngjashme. Inxhinierët e Bell Labs shpikën gjithashtu logjikën domino, e cila rriti shpejtësinë e përpunimit duke zvogëluar vonesat në portat komplekse logjike.
Teknika të tjera testimi dhe verifikimi u zhvilluan dhe u prezantuan me modulin Bellmac-32, një projekt kompleks verifikimi dhe testimi me shumë çipa të udhëhequr nga Jen-Hsun Huang që arriti zero ose pothuajse zero defekte në prodhimin kompleks të çipave. Ky ishte i pari në botë i testimit të qarqeve të integruara në shkallë shumë të gjerë (VLSI). Inxhinierët e Bell Labs zhvilluan një plan sistematik, kontrolluan vazhdimisht punën e kolegëve të tyre dhe në fund arritën bashkëpunim të përsosur nëpër familje të shumta çipash, duke kulmuar në një sistem të plotë mikrokompjuterik.
Më pas vjen pjesa më sfiduese: prodhimi aktual i çipit.
“Në atë kohë, teknologjitë e paraqitjes, testimit dhe prodhimit me rendiment të lartë ishin shumë të pakta”, kujton Kang, i cili më vonë u bë president i Institutit të Avancuar të Shkencës dhe Teknologjisë në Kore (KAIST) dhe anëtar i IEEE-së. Ai vëren se mungesa e mjeteve CAD për verifikimin e plotë të çipit e detyroi ekipin të printonte vizatime të mëdha Calcomp. Këto skema tregojnë se si duhet të vendosen transistorët, telat dhe ndërlidhësit brenda një çipi për të dhënë rezultatin e dëshiruar. Ekipi i mblodhi ato në dysheme me shirit ngjitës, duke formuar një vizatim gjigant katror me më shumë se 6 metra në njërën anë. Kang dhe kolegët e tij vizatuan me dorë çdo qark me lapsa me ngjyra, duke kërkuar lidhje të prishura dhe ndërlidhje që mbivendoseshin ose trajtoheshin në mënyrë të papërshtatshme.
Pasi përfundoi dizajni fizik, ekipi u përball me një sfidë tjetër: prodhimin. Çipat u prodhuan në uzinën Western Electric në Allentown të Pensilvanisë, por Kang kujton se shkalla e rendimentit (përqindja e çipave në pllakë që përmbushnin standardet e performancës dhe cilësisë) ishte shumë e ulët.
Për ta adresuar këtë problem, Kang dhe kolegët e tij shkonin me makinë në uzinë nga Nju Xhersi çdo ditë, përveshnin mëngët dhe bënin gjithçka që ishte e nevojshme, duke përfshirë pastrimin e dyshemeve dhe kalibrimin e pajisjeve të testimit, për të ndërtuar shoqëri dhe për të bindur të gjithë se produkti më kompleks që uzina ishte përpjekur ndonjëherë të prodhonte mund të prodhohej vërtet atje.
“Procesi i ndërtimit të ekipit shkoi pa probleme”, tha Kang. “Pas disa muajsh, Western Electric ishte në gjendje të prodhonte çipa me cilësi të lartë në sasi që tejkaluan kërkesën.”
Versioni i parë i Bellmac-32 u lançua në vitin 1980, por nuk i përmbushi pritjet. Frekuenca e synuar e performancës së tij ishte vetëm 2 MHz, jo 4 MHz. Inxhinierët zbuluan se pajisjet e testimit Takeda Riken, të teknologjisë së fundit, që po përdornin në atë kohë, kishin të meta, me efekte të linjës së transmetimit midis sondës dhe kokës së testimit që shkaktonin matje të pasakta. Ata punuan me ekipin e Takeda Riken për të zhvilluar një tabelë korrigjimi për të korrigjuar gabimet e matjes.
Çipat Bellmac të gjeneratës së dytë kishin shpejtësi takti që i kalonin 6.2 MHz, ndonjëherë deri në 9 MHz. Kjo konsiderohej mjaft e shpejtë në atë kohë. Procesori 16-bit Intel 8088 që IBM lançoi në PC-në e saj të parë në vitin 1981 kishte një shpejtësi takti prej vetëm 4.77 MHz.
Pse Bellmac-32 nuk...'të bëhet rrjedhë kryesore
Pavarësisht premtimit të saj, teknologjia Bellmac-32 nuk u përhap gjerësisht në tregun e mallrave. Sipas Condrey, AT&T filloi të merrte në konsideratë prodhuesin e pajisjeve NCR në fund të viteve 1980 dhe më vonë iu drejtua blerjeve, që do të thoshte se kompania zgjodhi të mbështeste linja të ndryshme produktesh çipash. Deri atëherë, ndikimi i Bellmac-32 kishte filluar të rritej.
“Para Bellmac-32, NMOS dominonte tregun”, tha Condry. “Por CMOS ndryshoi peizazhin sepse rezultoi të ishte një mënyrë më efikase për ta zbatuar atë në fabrikë.”
Me kalimin e kohës, ky realizim riformësoi industrinë e gjysmëpërçuesve. CMOS do të bëhej baza për mikroprocesorët modernë, duke fuqizuar revolucionin dixhital në pajisje si kompjuterët desktop dhe telefonat inteligjentë.
Eksperimenti i guximshëm i Bell Labs—duke përdorur një proces prodhimi të patestuar dhe që përfshin një brez të tërë arkitekture çipash—ishte një moment historik në historinë e teknologjisë.
Siç e thotë Profesor Kang: “Ne ishim në ballë të asaj që ishte e mundur. Ne nuk po ndiqnim vetëm një rrugë ekzistuese, ne po hapnim një shteg të ri.” Profesor Huang, i cili më vonë u bë zëvendësdrejtor i Institutit të Mikroelektronikës së Singaporit dhe është gjithashtu një bashkëpunëtor i IEEE-së, shton: “Kjo përfshinte jo vetëm arkitekturën dhe dizajnin e çipave, por edhe verifikimin e çipave në shkallë të gjerë - duke përdorur CAD, por pa mjetet e sotme të simulimit dixhital apo edhe tabelat e bukës (një mënyrë standarde për të kontrolluar dizajnin e qarkut të një sistemi elektronik duke përdorur çipa përpara se komponentët e qarkut të lidhen përgjithmonë së bashku).”
Condry, Kang dhe Huang e kujtojnë me dashuri atë kohë dhe shprehin admirim për aftësitë dhe përkushtimin e shumë punonjësve të AT&T, përpjekjet e të cilëve bënë të mundur familjen e çipave Bellmac-32.
Koha e postimit: 19 maj 2025