Intel 4004: náhodný procesor, který změnil svět | E15.cz

Intel 4004: náhodný procesor, který změnil svět

Intel 4004: náhodný procesor, který změnil svět
Čip Intel 4004
• 
(VIDEO) Vznik prvního mikroprocesoru nebyl tak jednoduchý, jak by se mohlo zdát. Vše provázela náhoda i nutnost efektivního návrhu.

Před čtyřiceti lety se na svět dostal první skutečný mikroprocesor, který vytvořil novou éru těchto univerzálních čipů. Jeho úspěch však nebyl vůbec plánovaný, ani očekávaný. Ba naopak, vše se uskutečnilo díky mnoha náhodám, které se staly v Intelu roku 1969 a následujících měsících a letech. My se tak trochu podrobně podíváme, co se vlastně stalo a proč slavný procesor Intel 4004 způsobil takový úspěch Intelu.

Kalkulačka a málo inženýrů

Společnost Intel byla založena v roce 1968, jedním ze zakladatelů byl i známý Gordon Moore. Od založení se tehdy ještě malá firma (150 zaměstnanců, 20 v R&D) zabývala vývojem polovodičových součástek a paměťových SRAM čipů.

Na začátku roku 1969 ale získal Intel zakázku od japonské společnosti Busicom, která se zabývala výrobou kalkulaček nejrůznějších druhů. Intel tak dostal poptávku na několik specializovaných čipů, které se měly nacházet v budoucích modelech připravovaných kalkulaček. V zadávací specifikaci bylo mimo jiné také to, že by se celý systém měl skládat z přibližně 16 čipů.

Kalkulačka Busicom 141-PF s procesorem Intel 4004Kalkulačka Busicom 141-PF s procesorem Intel 4004Autor:
Kalkulačka Busicom 141-PF s procesorem Intel 4004

To byla pro Intel a především jeho inženýry šokující zpráva. Navrhnout tolik různých čipů včetně jejich vzájemného propojení a komunikace nebylo v jejich případě možné. Intel byl totiž stále poměrně malou společností a na tak velké množství čipů za krátkou dobu zkrátka neměl dostatek inženýrů a návrhářů.

Bylo tak jasné, že musí nastoupit extrémní efektivita a co možná největší zjednodušení. Návrhu samotné architektury čipu se ujali inženýři Marcian Hoff a Stanley Mazor. K samotné konstrukci se jim nakonec podařilo zlákat Federico Faggina, který se shodou okolností v roce 1968 dostal do Palo Alto a ve společnosti Fairchild Semiconductor vyvinul technologii MOS Silicon Gate (základ všech moderních CMOS čipů).

Nadaný Federico Faggina se dostal na pozici projektového ředitele a jeho úkolem bylo zmíněnou architekturu dostat do reálné podoby, která umožní výrobu čipu. Jeho práce zahrnovala design čipu (logika, obvody včetně nákresu) a samozřejmě i testování a vytvoření testovací programu. Celou dobu mu pomáhal Masatoshi Shima, který byl ze společnosti Busicom, jež si řešení objednala.

Jak sám Faggina prozradil, jeho začátky ve společnosti Intel byly těžké, ale nikoli po technické stránce. Již po prvních dnech ve své nové práci totiž musel uklidňovat zmíněného Shima, který když zjistil, že se na projektu od jeho zadání takřka skoro nepracovalo, chtěl skočit ze střechy. Uzávěrka se totiž blížila a Faggina se svěřil, že ho musel skoro celý týden uklidňovat. Nakonec ale Intel získal povolení k prodloužení termínu, což znamenalo dostatek času na čtrnáctihodinové pracovní směny, které se účastnilo i několik asistujících inženýrů.

Čtyři čipy a nefunkční Intel 4004

Nakonec se celé řešení skládalo ze čtyř čipů (MCS-4) – Intel 4001 (2048 bit ROM – paměť pouze pro čtení s uloženým programem), Intel 4002 (RAM pro ukládání dat) a Intel 4003 (I/O). Když se Faggin pokusil o první testování čipů, zjistil, že procesor Intel 4004 nefunguje. Po delším zkoumání i s pomocí mikroskopu však dokázal najít chybu, za kterou mohla výroba a nikoli jeho design.

Odkládané termíny i přes nervózní Busicom přinesly ale asi to nejdůležitější, co Intelu pomohlo stát se největším výrobce procesorů na světě. Intel 4004 coby první integrovaný obvod začal zajímat jednoho ze zakladatelů Intelu – Bob Noyce. Takový čip byl prostě natolik revoluční, že se mohl použít i na další věci, nikoli pouze pro jednu kalkulačku (141-PF) jednoho výrobce (Busicom).

Čip InteluČip InteluAutor:
Čip Intel 4004

Dlouho čekající Busicom chtěl kvůli zpožděním snížit cenu a Intel se rozhodl tohoto kroku využít. Dohodl se totiž s Busicomem, že cena čipu bude výrazně nižší, ale Intel si může ponechat vlastnictví čipu pro své potřeby.A díky této smlouvě mohl Intel začít pomalou, ale jasnou cestu výrobce mikroprocesorů.

Nejrevolučnější produkt v dějinách

Právě tak tehdy nazval CEO Intelu Gordon Moore čip Intel 4004 schopný počítat matematické operace, který se skládal z 2 300 tranzistorů, dokázal zpracovat čtyři bity najednou a pracoval na frekvenci 108 kHz (maximálně až 740 kHz). První reklama na tento procesor se objevila 15. listopadu 1971 v časopise Electronic News.

Reklama Intelu z roku 1971Reklama Intelu z roku 1971Autor:
Reklama Intelu z roku 1971

V roce 1972 pak Intel přestavil 8bitového nástupce v podobě procesoru Intel 8008, jehož vývoj začal již v době designování Intel 4004, ale byl pozdržen. Intel 8008 byl původně navrhován pro společnost Datapoint, která Intelu dodala i vlastní instrukční sady.

Intel 4004 měl v roce 1971 takový výkon, jako celý sálový počítač z roku 1946. První procesory Intel 4004 byly vyráběny pomocí 50mm waferů a technologie výroby byla 10 000 nm.

Datapoint ale nakonec nemohl zaplatit, odstoupil od smlouvy a Intelu nechal veškerá práva nejen na samotný čip, ale i na instrukční sady. A právě základy instrukční sady x86, která je teď pod taktovkou Intelu, se zrodily u tohoto procesoru.

Úspěch až s příchodem IBM PC

I další výrobci samozřejmě začali vyrábět své procesory, Intel ale dlouhou dobu sázel především na paměťové čipy. Intel se ale proti jiným výrobcům snažil o co nejsnazší rozšíření, které zahrnovala i velká podpora z pohledu vývojářských nástrojů.

Velký úspěch přišel až s IBM a jeho počítačovou architekturou IBM PC. IBM nakonec zvolilo právě procesor Intel 8088, protože záložní výrobce procesorů v podobě Motoroly měl nakonec zpoždění. IBM se ale nechtělo spoléhat na jediného výrobce, proto dal Intelu ultimátum – zajistit dalšího výrobce, nebo žádná smlouva nebude.

Intel si nakonec vybral stejně starou společnost AMD (Advanced Micro Devices), které udělil licenci na výrobu svých procesorů 8086 a 8088.

A jak to pokračovalo potom? To by bylo zase na další článek.

Na videu si můžete prohlédnout stále žijícího Federico Faggina, který stál u designu nejen Intel 4004, ale i 8008 a dalších důležitých technologií v této oblasti

 
Newsletter
Využijte služby
zasílání zpráv do vaší
e-mailové schránky!