Mikroprocessorns födelse

Intel 4004 anses vara den första mikroprocessorn - med andra ord den första allmänna datorn på ett chip - men dess skapande av Intel kom till en kombination av hårt arbete, rätt timing och helt enkelt tur.

Historien om chipet börjar verkligen 1969 när ett japanskt företag som heter Nippon Calculating Machine Corporation (men känt som Busicom, efter namnet på sina kalkylatorer) avtalade med Intel för att bygga de chips som behövs för en ny kalkylator. Busicom var ett relativt litet kalkylbolag som tappade andelar i en snabbt konsoliderande marknad och var i behov av en ny lösning. Och Intel var en start, som grundades 1968 med cirka 200 anställda, främst med fokus på att bygga minneschips.

Båda behövde något nytt.

Intel medstiftare och dåvarande VD Robert Noyce hade besökt Japan omkring sent 1968 och letade efter kunder. Noyce hade ett möte med Sharp, då en av ledarna inom kalkylatorer, men Sharp hade redan befintliga kontrakt. Så Sharps Tadashi Sasaki säger att han presenterade Noyce för Busicom-presidenten Yoshio Kojima, och det är så Intel fick kontraktet att bygga chips för Busicoms räknemaskin.

Marcian Edward "Ted" Hoff, som anslöt sig till Intel som anställd nr 12 1968, fick uppdraget att skapa produkter som skulle få människor att byta från äldre kärnminne till Intels nya minneschips. I hans berättelse skulle Intels första anpassade projekt göras för ett företag som det kändes som Electro Technical Industries men som mest kallade Busicom.

Enligt Masatoshi Shima, då en ung ingenjör på Busicom men avsedd att bli en viktig del av designteamet, hade företaget planer på att bygga en serie chips med allmänt syfte "som skulle användas för inte bara en stationär kalkylator, utan också en affärsmaskin, såsom en faktureringsmaskin, kassaapparat och en tellermaskin. " Men Busicom berättade inte för Intel detta då "eftersom det var den konfidentiella frågan mellan Busicom och NCR Japan", så tänkte Intel att målet bara var att bygga en kraftfullare kalkylator.

Det ursprungliga kontraktet undertecknades i april 1969 och i slutet av juni anlände Shima och två andra Busicom-ingenjörer till Intel. Den ursprungliga planen hade Busicom-ingenjörer som designade en serie LSI-chips och Intel tillverkade chips med sin MOS-teknik (metalloxid-halvledare). Intel skulle få $ 100 000 för att skapa chipset och sedan $ 50 för varje uppsättning, med Busicom som åtagit sig till minst 60 000 enheter.

Shima säger att hans team föreslog att göra nio typer av LSI-chips, men av de flesta konton blev detta snart ett 12-chip-förslag, med några av chips som krävde 3 000 till 5 000 transistorer vardera - ett enormt belopp för 1969 när standardkalkylatorn hade sex marker, var och en hade 600 till 1 000 transistorer. Hoff tittade på planerna och tyckte att chips var för komplicerade att göra och "att vi inte skulle kunna tillverka dessa saker till prismålen."

Hoff tittade på designen och hade en mängd olika koncept, inklusive att flytta från decimal aritmetik till binär aritmetik, med hjälp av ett mer allmänt chip med en enkel instruktionsuppsättning.

Hoff tyckte att Busicom-planen var alltför komplicerad och föreslog istället att skapa ett allmänt logiskt chip, med mycket av instruktionerna i mjukvara lagrad på minneschips. Som citeras i Leslie Berlins The Man Behind the Microchip (2006, Oxford University Press), gick Hoff till Intels VD Noyce och förklarade sitt koncept, som skulle bestå av en mikroprocessor, två minneschips och ett skiftregister. "Jag tror att vi kan göra något för att förenkla detta, " sade Hoff. "Jag vet att detta kan göras. Det kan göras att emulera en dator." Även om han inte officiellt hade fått i uppdrag att designa chips för maskinen gav Noyce honom tillstånd att fortsätta arbeta med konceptet.

Hoff arbetade med konceptet under sommaren, och med ingenjör Stanley Mazor skapade Hoff en blockritning av arkitekturen. Detta skulle vara ett 4-bitars binärt logikchip (i motsats till Busicoms decimalkonstruktion) och skulle lagra programmen för att köra kalkylfunktionerna på ett minneschip, som då var Intels specialitet.

Det finns något olika erinringar om hur Shima och Busicom-teamet reagerade på konceptet. Enligt Hoff, citerade i Michael S. Malone's The Intel Trinity (2014, HarperBusiness), "Så jag kom med några förslag till de japanska ingenjörerna om att göra något enligt dessa linjer [den allmänna arkitekturen] - och de var inte minst intresserade De sa att de erkände att designen var för komplicerad men de arbetade på förenklingen och de var ute efter att konstruera kalkylatorer och inget annat. De var helt enkelt inte intresserade."

Busicoms Masatoshi Shima, som körde projektet från Busicoms dör, kommer ihåg det lite annorlunda. I en muntlig historia sa han, "Jag kände att Hoffs förslag var bra, men om vi accepterade Hoffs förslag som det var, var vi tvungna att göra projektet igen från början." Shima noterade alla detaljer som Hoff ännu inte hade.

I augusti skickade Noyce ett meddelande till Busicoms president Yoshia Kojima som varnade honom att på grund av komplexiteten i Busicoms design, fanns det "ingen möjlighet att vi kunde tillverka dessa enheter för $ 50 / kit även för det enklaste paketet" och föreslå de faktiska kostnaderna skulle vara runt $ 300.

Detta följdes av ett formellt brev till Busicom och ett möte mellan de två företagen i oktober, där Busicom beslutade att gå med Intels design. Men det skulle ta fram till februari 1970 innan det formella avtalet avtalades.

Faggins roll

Busicom väntade sig att Intel arbetade med den nya planen och föreslog att företaget skulle ha ett väsentligen färdiggjort kretsschema när Shima, som hade återvänt till Japan, kom på besök den 7 april 1970. Men Intel hade problem med andra chips och genomgå en nedgång i branschen och inte hade gjort några framsteg. Med andra ord, det hade konceptet för chips, inklusive blockdiagram över hur chips skulle behöva fungera, men inte den faktiska utformningen av chips: de tekniska detaljerna om hur transistorerna skulle passa ihop och kunde tillverkas.

För att leda processen anlitade Intel Federico Faggin från Fairchild Semiconductor. När han beskriver det, gick han med i företaget den veckan, och en av hans första uppgifter var att träffa Shima och förklara att Intel inte hade chipsna färdiga. "Jag hade nu denna uppgift där jag i huvudsak är sex månader sent dagen efter att jag började, " sade han.

Som Faggin beskrev det i sin berättelse om mikroprocessorns födelse, "Jag arbetade rasande, 12 till 16 timmar om dagen. Först löstte jag de återstående arkitektoniska problemen och sedan lägger jag grunden till designstilen som jag skulle använda för Slutligen började jag logik- och kretsdesignen och sedan utformningen av de fyra chips. Jag var tvungen att utveckla en ny metod för slumpmässig-logisk design med kiselgrindteknologi; det hade aldrig gjorts tidigare."

Han arbetade nära med Shima, som var ny inom MOS design men hade arbetat på LSI-chips, och tillsammans skapade de chips som skulle bli MCS-4-familjen. Modellen 4001 var ett 2.048-bitars ROM-minneschip utformat för att hålla programmeringen. 4002 var ett 320-bitars RAM-minne som är utformat för att vara en cache för data. 4003 var ett 10-bitars input-output-register för att mata in data i huvudprocessorn och ta bort resultatet. Och slutligen var modellen 4004 en 4-bitars central behandlingsenhet.

I alla händelser var detta en herculean insats, där Faggin och Shima utvecklade chips mycket snabbare än normalt. De olika chips var alla i olika delar av processen vid olika tidpunkter, och i slutet av december var de första versionerna färdiga. Som vanligt krävde dessa några justeringar, men i mars skickade Faggin den första fullt operativa 4004 till Shima, som då hade återvänt till Japan. I slutändan var 4004 ett enda kiselchip som mätte en åttondel av en sjätte tum med 2 250 enskilda kretselement.

På Faggins konto "Det tog lite mindre än ett år att gå från idén till en helt fungerande produkt." Enligt Shima: "Från den allmänna tanken om Busicom varade den [utvecklingen] ungefär två år och tre månader. Och i april 1971 fungerade slutligen desktop-kalkylatorn offentligt. Jag var så upphetsad!"

Intel får rättigheter

I det ursprungliga kontraktet för chipet innehöll Busicom exklusiva rättigheter till 4004. Men våren 1971 sjönk kalkylatornsmarknaden och Busicom ville omförhandla kontraktet. Medan det fanns vissa bekymmer inom Intel om marknadens storlek och det faktum att Intel då var ett minnesföretag, inte ett processföretag, pressade Faggin, Hoff och Mazor andra människor inom företaget för att få tillbaka rättigheterna att sälja chipet till andra kunder.

Som Hoff påminner om, "Ett av de argument jag fick från marknadsföringsfolket handlade om den tiden jag sa: 'Du borde få rätt att sälja det, ' sa, 'Se, de säljer bara cirka 20 000 minidatorer under varje år… Och vi är sent ute på marknaden, och du skulle ha tur att få 10 procent av det. Det är 2 000 marker per år. ' Och de sa: "Det är inte värt att få huvudvärk av stöd och allt för en marknad på bara 2 000 chips."

Så småningom fick Noyce avtalet, och Intel kunde lagligen sälja chipet till andra företag, med undantag av Busicoms konkurrenter.

Men 4004 var aldrig att hitta en stor publik med andra kunder, delvis på grund av dess begränsningar - det var bara en fyrbitsprocessor med ett begränsat minne. Medan Intel formellt meddelade chipet i en 15 november 1971-nummer av Electronics News under rubriken "En ny era i integrerad elektronik", med kopia som förkunnade det "en mikroprogrammerbar dator på ett chip." Men branschen och Intel själv var på väg att gå vidare till nyare och bättre processorer.

8008 - Flytta till 8-bitars dator

Inte länge efter att Busicom närmade sig Intel för att göra chips för sin kalkylator, Computer Terminals Corporation (CTC), senare kallat Datapoint, bad Intel om ett förslag om chips för en ny datorterminal - en skärm och ett tangentbord designat för att ansluta till en fjärrdator. Återigen föreslog Hoff och Mazor en mikroprocessor för att hantera logiken.

Det fanns flera stora skillnader mellan 4004 och 8008, även om de inte verkade långt från varandra. Till att börja med var 8008 en 8-bitars mikroprocessor, vilket gjorde den tillräckligt stor för att arbeta med 8 bitar data - tillräckligt för en "byte" eller ett tecken i taget. Till skillnad från 4004, som krävde sina egna speciella minneschips, designades 1201 för att använda standardminne.

Projektet startade i december 1969 med ett möte med Andrew Grove där Datapoint bad om chips för en 8-bitars dator. Enligt Mazor lade han fram tre förslag till Datapoint - två varianter på en 8-bitars "registerstapel" och "en hel 8-bitars CPU på ett chip." Vid denna tidpunkt hade Mazor och Hoff redan arbetat med Busicom-projektet som skulle inkludera 4004.

Ungefär samtidigt bad Datapoint tydligen Texas Instruments om en liknande design. I vissa berättelser bar Datapoint Hoff och Mazors schemat ner till Dallas där idén började växa till ett utvecklingsprogram i TIs halvledarlaboratorium.

Mazor säger att han anser att det är mycket troligt att TI ursprungligen föreslog en multi-chip-uppsättning och att Datapoint sedan förde Intel-förslaget till TI, så TI försökte bygga ett chip till den specifikationen. Men Mazor säger att TI-chipet inte kunde ha fungerat eftersom hans specifikation hade en "defekt."

Intel anlitade Hal Feeney i mars 1970 för att arbeta med den specifika utformningen av chipet, då känt som 1201, precis som Faggin hade arbetat på 4004; och verkligen hjälpte var och en till det andra projektet. Arbetet med 1201 fortsatte fram till mitten av 1970, men då var Intel bekymrad över om Datapoint faktiskt skulle använda chipet, så arbetet läggs på hiatus, medan Mazor och andra arbetade mer med 4004.

Texas Instruments hade en chipkonstruktion i mars 1971, vilket skulle ha gått ett par månader innan 4004 fungerade, och tillkännagav faktiskt sitt chip i juli 1971, flera månader innan 4004 tillkännagivandet. Men detta chip skickades tydligen aldrig.

Men TI-tillkännagivandet stimulerade Intel, och i synnerhet Grove, för att fördubbla sina ansträngningar på 1201. I slutändan använde Datapoint varken Intel- eller TI-chips. I stället, när Intel hade slutfört designen, introducerades Datapoint 2200 med konventionella TTL-chips.

Även om Datapoint inte var intresserad började Intel se intresse från andra företag, till exempel Seiko, som ville bygga en 8-bitars vetenskaplig kalkylator.

Runt denna punkt började Intel fundera mer allvarligt på namngivning. Intels ursprungliga namnschema baserades på olika typer av delar som det skapade, så varje chip i familjen skulle ha haft olika nummer. Faggin säger att han kom med namnet på 4000 familjen eftersom det var mer konsekvent. Så efter 4004-introduktionen ändrade marknadsavdelningen 1201 till 8008 för att återspegla att det var ett 8-bitars chip, och det var vad 8008 kallades när den introducerades i april 1972. 8008 ledde till Intels stora ansträngning för mikroprocessormarknadsföring och ledde till skapandet av Microcomputer Systems Group och skapandet av utvecklingskort och system. Detta i sin tur hjälpte säkert till att skapa ett antal 8-bitars enheter, inklusive några av de maskiner som var tidiga mikrodatorer.

Vem förtjänar kredit?

Under åren har det varit många debatter om 4004, dess plats som den första mikroprocessorn och den kredit som var och en av deltagarna förtjänade.

Historiken med integrerade kretsar är en av ytterligare och ytterligare integration, så tanken att du så småningom skulle kunna lägga alla funktioner du vill ha i en "CPU på ett chip" var verkligen i luften i slutet av 1960-talet.

Intel var inte ensam om att inse behovet av en processor för allmänna ändamål, eftersom det var för många kunder som ville att processorer skulle utforma ett anpassat chip för var och en av dem. Senare skulle Hoff och Noyce skriva "Om detta fortsatte… skulle antalet kretsar som behövs spridas utöver antalet kretskonstruktörer. Samtidigt skulle den relativa användningen av varje krets minska… Ökade designkostnader och minskad användning skulle förhindra tillverkare från att amortera kostnader över en stor användarpopulation och skulle minska fördelarna med inlärningskurvan."

"Människor hade pratat om en dator på ett chip i flera år", sa Intel-grundare Gordon Moore, "men det var alltid där ute i framtiden. Vad Ted såg var att med den komplexitet som vi redan arbetade med, kunde faktiskt skapa en integrerad krets som det nu. Det var det verkliga konceptuella genombrottet."

Och till och med Ted Hoff har ibland bagatelliserat betydelsen av konceptet. "Den faktiska uppfinningen av mikroprocessorn var inte lika viktig som att bara uppskatta att det fanns en marknad för något sådant."

Men det fanns andra utmanare för titeln som första mikroprocessor. Texas Instruments tillkännagav faktiskt en "CPU-på-ett-chip" i april 1971, som ursprungligen utformades som ett kontraktschip för Computer Terminal Corporation (senare Datapoint). Detta fungerade tydligen aldrig, och faktiskt arbetade Intel med ett chip för CTC med samma specifikation; detta var känt som 1201 och skulle så småningom byta namn till 8008. Kanske viktigare, av sent 1971 Texas Instruments Engineer Gary Boone och Michael Cochrane producerade den första prototypen av en integrerad krets som inkluderade en ingång-utgångskrets, minne och en central processor allt i ett chip, i motsats till fyra-chip MCS-4-set. Känd som TMS1000 och användes initialt i en TI-kalkylator och blev kommersiellt tillgänglig 1974. Boone fick ett patent för sin CPU 1973, och senare fick Boone och Cochran ett patent på en dator på ett chip.

Intels patentadvokat var skeptisk till att göra stora anspråk och motsatte Hoffs önskan att patentera arbetet som en "dator" eftersom det skulle vara så komplicerat och eftersom andra hade konceptet att sätta en dator på ett chip. Enligt Hoff "sa han att de inte var värda det och väsentligen vägrade han då att skriva ett patent." Istället lämnade de in mer specifika och mer begränsade patent. Intel fick två patent: Hoff, Mazor och Faggin fick ett på "Memory System for a Multi-Chip Digital Computer", som täcker den externa bussorganisationen och minnesadresseringsschemat för Intel MCS-4-chipset, medan Faggin fick ett för en krets som kan återställa CPU när strömmen är på.

År senare skulle uppfinnaren Gilbert Hyatt beviljas ett patent på mikroprocessorn, som han lämnade in 1970, baserat på en uppfinning som han säger att han gjorde 1968 hos sitt företag Microcomputer Inc. Men det verkar inte ha tillverkats. Under tiden arbetade Fairchild, IBM, Signetics, Four-fas och RCA också på mikroprocessorliknande enheter. Fortfarande är 4004 nästan universellt betraktat som den första mikroprocessorn.

Bland Intel-teamet fanns det också kontroverser om att dela kredit. De flesta observatörer krediterar alla fyra män som är direkt involverade i att skapa chipset, men det är inte alltid så.

Faggin skulle lämna Intel i slutet av 1974, bara några månader efter 8080-introduktionen, för att starta Zilog, ta med sig Shima och andra Intel-ingenjörer, och enligt Faggins berättelse gjorde detta Intels Andy Grove arg. Malone citerar Faggin och säger "Jag minns att han sa till mig: 'Du kommer aldrig att lyckas, oavsett vad du ska göra. Du kommer inte ha något att berätta för dina barn och barnbarn.' Implicit i dessa ord var att jag inte skulle ha någon arv i halvledare. Att jag aldrig skulle få kredit för det jag gjorde på Intel. Det var som om han kastade en förbannelse på mig."

Huruvida det var så dramatiskt eller inte, det verkar som om Intel gav det mesta ämnet till Hoff, och det har fortsatt i många historier. Till exempel ger både TR Reid i The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks) och Dirk Hansens The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) nästan enbart kredit till Hoff, liksom Grove-biograf Richard Tedlow. Faktum är att Malone säger att från och med sedan gav Intel all kredit för mikroprocessorn till Hoff och ingen till Faggin förrän 2009 med premiären av The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), en dokumentär om grundandet av Silicon Valley.

Men det finns andra historier som påpekar Faggins roll (och de av Shima och Mazor, som ännu ofta förbises), som återgår till intervjuer som Hoff gav på 1980-talet. 1993 gav en Intel-publikation som firade företagets 25-årsjubileum Hoff för lösningen och gav honom en nästan helbildsbild, men Faggin erkändes för att förvandla "Hoffs vision till kiselverklighet." 1996, när vi firade 25-årsjubileet för mikroprocessorn vid ett evenemang på Comdex, hjälpte Intel mig att komma i kontakt med alla fyra skaparna, som fick PC Magazine Lifetime Achievement-utmärkelsen.

Det verkar verkligen viktigt att betala alla fyra män - Hoff för sin vision och de grundläggande koncepten, Mazor för programmeringen och arbetet med blockschema, Shima för att skapa den logiska designen och Faggin för att skapa den imponerande kiseldesignen för chips. Tillsammans skapade de den första mikroprocessorn för allmänna ändamål, och därmed skapade de grunden inte bara för vad som skulle bli den personliga datorindustrin, utan också för ett otaligt antal andra elektroniska enheter. Bokstavligen säljs miljarder mikroprocessorer varje år - alla mycket mer komplexa än de ursprungliga 4004 - och utan dem skulle vår moderna elektroniska värld vara omöjlig.