Die Geburt des Mikroprozessors

Der Intel 4004 gilt als der erste Mikroprozessor - mit anderen Worten als der erste Universalcomputer auf einem Chip -, doch bei der Entwicklung durch Intel kam es auf eine Kombination aus harter Arbeit, dem richtigen Timing und einfachem Glück an.

Die Geschichte des Chips beginnt tatsächlich im Jahr 1969, als ein japanisches Unternehmen die Nippon Calculating Machine Corporation (nach dem Namen seiner Taschenrechner auch Busicom genannt) mit Intel beauftragte, die für einen neuen Taschenrechner benötigten Chips zu bauen. Busicom war ein relativ kleines Rechnerunternehmen, das in einem sich schnell konsolidierenden Markt an Anteil verlor und eine neue Lösung benötigte. Und Intel war ein Startup, das 1968 mit rund 200 Mitarbeitern gegründet wurde und sich hauptsächlich auf den Bau von Speicherchips konzentrierte.

Beide brauchten etwas Neues.

Der Mitbegründer und damalige CEO von Intel, Robert Noyce, war Ende 1968 nach Japan gereist, um Kunden zu suchen. Noyce hatte ein Treffen mit Sharp, damals einer der führenden Rechnerhersteller, aber Sharp hatte bereits bestehende Verträge. So sagt Sharps Tadashi Sasaki, er habe Noyce dem Präsidenten von Busicom, Yoshio Kojima, vorgestellt, und auf diese Weise erhielt Intel den Auftrag, die Chips für den Busicom-Rechner zu bauen.

Marcian Edward "Ted" Hoff, der 1968 als Angestellter Nr. 12 zu Intel gestoßen war, wurde beauftragt, Produkte zu entwickeln, mit denen die Leute vom älteren Kernspeicher auf Intels neue Speicherchips umsteigen konnten. In seinem Bericht sollte Intels erstes kundenspezifisches Projekt für ein Unternehmen durchgeführt werden, das als Electro Technical Industries bekannt war, das aber meistens Busicom hieß.

Laut Masatoshi Shima, damals noch ein junger Ingenieur bei Busicom, der jedoch ein wichtiger Bestandteil des Designteams werden sollte, plante das Unternehmen den Bau einer Allzweckreihe von Chips, die nicht nur für einen Tischrechner, sondern auch für einen Computer verwendet werden sollten Geschäftsmaschine, wie ein Abrechnungsautomat, eine Registrierkasse und ein Kassenautomat. " Zu diesem Zeitpunkt gab Busicom Intel dies jedoch nicht bekannt, "da es sich um eine vertrauliche Angelegenheit zwischen Busicom und NCR Japan handelte". Intel war daher der Ansicht, dass das Ziel lediglich darin bestand, einen leistungsstärkeren Taschenrechner zu bauen.

Der erste Vertrag wurde im April 1969 unterzeichnet und Ende Juni trafen Shima und zwei weitere Busicom-Ingenieure bei Intel ein. Der ursprüngliche Plan sah vor, dass Busicom-Ingenieure eine Reihe von LSI-Chips entwarfen und Intel die Chips mithilfe der MOS-Technologie (Metalloxid-Halbleiter) herstellte. Intel sollte 100.000 US-Dollar für die Erstellung der Chipsätze und dann 50 US-Dollar für jeden Satz erhalten, wobei Busicom sich zu mindestens 60.000 Einheiten verpflichtet hatte.

Shima sagt, sein Team habe vorgeschlagen, neun Arten von LSI-Chips herzustellen, aber nach den meisten Überlegungen wurde dies bald zu einem Vorschlag mit 12 Chips, wobei einige der Chips jeweils 3.000 bis 5.000 Transistoren benötigten - eine enorme Menge für 1969, als der Standardrechner sechs Chips hatte. Jeder von ihnen hatte 600 bis 1000 Transistoren. Hoff sah sich die Pläne an und dachte, die Chips seien zu kompliziert, um sie herzustellen, und "dass wir diese Dinge nicht zu den Preiszielen herstellen könnten".

Hoff schaute sich das Design an und hatte eine Vielzahl von Konzepten, einschließlich der Umstellung von Dezimalarithmetik auf Binärarithmetik, indem er einen allgemeineren Chip mit einem einfachen Befehlssatz verwendete.

Hoff hielt den Busicom-Plan für zu kompliziert und schlug stattdessen vor, einen Allzweck-Logikchip zu erstellen, in dem ein Großteil der Anweisungen in Software auf Speicherchips gespeichert war. Wie in Leslie Berlins The Man Behind the Microchip (2006, Oxford University Press) zitiert, ging Hoff zu Intel-CEO Noyce und erläuterte sein Konzept, das aus einem Mikroprozessor, zwei Speicherchips und einem Schieberegister bestehen sollte. "Ich denke, wir können etwas tun, um dies zu vereinfachen", sagte Hoff. "Ich weiß, dass dies getan werden kann. Es kann dazu gebracht werden, einen Computer zu emulieren." Obwohl er nicht offiziell damit beauftragt worden war, die Chips für die Maschine zu entwerfen, erteilte ihm Noyce die Erlaubnis, an dem Konzept weiterzuarbeiten.

Hoff arbeitete über den Sommer an den Konzepten, und mit Ingenieur Stanley Mazor erstellte Hoff eine Blockzeichnung der Architektur. Dies wäre ein 4-Bit-Binärlogikchip (im Gegensatz zu Busicoms dezimalem Design) und würde die Programme zum Ausführen der Rechnerfunktionen auf einem Speicherchip speichern, der zu dieser Zeit Intels Spezialität war.

Es gibt etwas unterschiedliche Erinnerungen daran, wie Shima und das Busicom-Team auf das Konzept reagiert haben. Hoff zitiert in Michael S. Malones The Intel Trinity (2014, HarperBusiness): "Ich habe den japanischen Ingenieuren einige Vorschläge unterbreitet, etwas in diese Richtung zu tun [die Allzweckarchitektur] - und sie waren nicht am wenigsten interessiert Sie sagten, sie hätten erkannt, dass das Design zu kompliziert sei, aber sie arbeiteten an der Vereinfachung und wollten Taschenrechner entwerfen und sonst nichts. Sie waren einfach nicht interessiert."

Busicoms Masatoshi Shima, der das Projekt von Busicoms Tod aus leitete, erinnert sich ein wenig anders. In einer mündlichen Geschichte sagte er: "Ich fand, dass Hoffs Vorschlag gut war, aber wenn wir Hoffs Vorschlag so akzeptierten, mussten wir das Projekt von Anfang an wiederholen." Shima notierte alle Details, die Hoff noch nicht hatte.

Im August sandte Noyce eine Notiz an Busicom-Präsident Yoshia Kojima, in der er darauf hingewiesen wurde, dass es aufgrund der Komplexität des Designs von Busicom "keine Möglichkeit gibt, diese Einheiten für 50 USD / Kit selbst für das einfachste Kit herzustellen" und die tatsächlichen Kosten anzugeben rund 300 $ sein.

Es folgte ein formeller Brief an Busicom und ein Treffen der beiden Unternehmen im Oktober, bei dem Busicom sich für Intels Design entschied. Es würde jedoch bis Februar 1970 dauern, bis der formelle Vertrag geschlossen wäre.

Faggins Rolle

Busicom rechnete damit, dass Intel an dem neuen Plan arbeite, und schlug vor, dass das Unternehmen bis zu dem Zeitpunkt, an dem Shima, der nach Japan zurückgekehrt war, zu einem Besuch kam, einen im Wesentlichen vollständigen Schaltplan haben sollte andere Chips und durchlaufen einen Abschwung in der Branche und hatten keine Fortschritte gemacht. Mit anderen Worten, es gab das Konzept für die Chips, einschließlich Blockdiagramme, wie die Chips funktionieren müssten, aber nicht die tatsächlichen Designs der Chips: die technischen Details, wie die Transistoren zusammenpassen und hergestellt werden könnten.

Um diesen Prozess zu leiten, beauftragte Intel Federico Faggin von Fairchild Semiconductor. Wie er es beschreibt, trat er in dieser Woche in die Firma ein, und eine seiner ersten Aufgaben bestand darin, Shima zu treffen und zu erklären, dass Intel die Chips nicht parat hatte. "Ich hatte jetzt diese Aufgabe, wo ich im Wesentlichen sechs Monate zu spät am Tag nach meinem Start bin", sagte er.

Wie Faggin es in seiner Geschichte über die Geburt des Mikroprozessors beschrieb: "Ich arbeitete 12 bis 16 Stunden am Tag wütend. Zuerst löste ich die verbleibenden architektonischen Probleme und legte dann die Grundlage für den Designstil, den ich verwenden würde Schließlich begann ich mit dem Entwurf der Logik und der Schaltung und dann mit dem Layout der vier Chips. Ich musste eine neue Methodik für den Entwurf der Zufallslogik mit der Silizium-Gate-Technologie entwickeln.

Er arbeitete eng mit Shima zusammen, der noch kein MOS-Entwickler war, aber bereits an LSI-Chips gearbeitet hatte, und gemeinsam entwickelten sie die Chips, aus denen die MCS-4-Familie hervorgehen sollte. Das Modell 4001 war ein 2.048-Bit-ROM-Speicherchip, der für die Programmierung ausgelegt war. Der 4002 war ein 320-Bit-RAM-Speicherchip, der als Cache für Daten konzipiert wurde. Der 4003 war ein 10-Bit-Eingangs- / Ausgangsregister, um die Daten in den Hauptprozessor einzuspeisen und das Ergebnis zu entfernen. Und schließlich war das Modell 4004 eine 4-Bit-Zentraleinheit.

In jedem Fall war dies eine Herkulesanstrengung, bei der Faggin und Shima Chips weitaus schneller als normal entwickelten. Die verschiedenen Chips befanden sich alle zu unterschiedlichen Zeiten in unterschiedlichen Abschnitten des Prozesses, und Ende Dezember waren die ersten Versionen fertig. Wie üblich mussten einige Anpassungen vorgenommen werden, doch bis März lieferte Faggin die erste voll funktionsfähige 4004 an Shima, die bis dahin nach Japan zurückgekehrt war. Am Ende war der 4004 ein einzelner Siliziumchip, der ein Achtel mal ein Sechstel Zoll mit 2.250 einzelnen Schaltungselementen maß.

In Faggins Bericht: "Es dauerte etwas weniger als ein Jahr, um von der Idee zu einem voll funktionsfähigen Produkt zu gelangen." Laut Shima "dauerte die allgemeine Idee von Busicom [die Entwicklung] ungefähr zwei Jahre und drei Monate. Und im April 1971 funktionierte der Tischrechner endlich öffentlich. Ich war so aufgeregt!"

Intel erhält Rechte

In dem ursprünglichen Vertrag für den Chip besaß Busicom die Exklusivrechte für den 4004. Im Frühjahr 1971 war der Rechnermarkt jedoch rückläufig, und Busicom wollte den Vertrag neu aushandeln. Während Intel Bedenken hinsichtlich der Größe des Marktes und der Tatsache hatte, dass Intel damals ein Speicherunternehmen und kein Prozessunternehmen war, drängten Faggin, Hoff und Mazor andere Mitarbeiter des Unternehmens, die Verkaufsrechte für den Chip zurückzugewinnen an andere Kunden.

Hoff erinnert sich: "Eines der Argumente, die ich von den Marketingleuten erhalten habe, war die Zeit, als ich sagte:" Sie sollten das Recht haben, es zu verkaufen ", und sagte:" Schauen Sie, sie verkaufen jedes Jahr nur etwa 20.000 Mini-Computer Und wir kommen zu spät zum Markt, und Sie haben das Glück, 10 Prozent davon zu bekommen. Das sind 2.000 Chips pro Jahr. ' Und sie sagten: "Für einen Markt mit nur 2.000 Chips lohnt sich die Unterstützung einfach nicht."

Schließlich wurde der Deal von Noyce unterzeichnet, und Intel war rechtlich in der Lage, den Chip an andere Unternehmen zu verkaufen, mit Ausnahme der Mitbewerber von Busicom.

Aber der 4004 sollte nie ein großes Publikum mit anderen Kunden finden, zum Teil wegen seiner Einschränkungen - es war nur ein Vier-Bit-Prozessor mit begrenztem Speicher. Während Intel den Chip in einer am 15. November 1971 erschienenen Ausgabe der Electronics News unter der Überschrift "Eine neue Ära in der integrierten Elektronik" offiziell ankündigte, wurde er in einer Kopie als "mikroprogrammierbarer Computer auf einem Chip" bezeichnet. Aber die Industrie und Intel selbst wollten auf neuere und bessere Prozessoren umsteigen.

Der 8008 - Umstieg auf 8-Bit-Computing

Nicht lange nachdem Busicom Intel gebeten hatte, Chips für seinen Rechner herzustellen, bat die Computer Terminals Corporation (CTC), die später Datapoint genannt wurde, Intel um einen Vorschlag für Chips für ein neues Computerterminal - einen Bildschirm und eine Tastatur, die für die Verbindung mit einem Remote-Computer entwickelt wurden. Wieder schlugen Hoff und Mazor einen Mikroprozessor vor, um die Logik zu handhaben.

Es gab einige große Unterschiede zwischen der 4004 und der 8008, obwohl sie nicht lange auseinander schienen. Zunächst war der 8008 ein 8-Bit-Mikroprozessor, der groß genug war, um mit 8 Datenbits gleichzeitig zu arbeiten - genug für ein "Byte" oder ein Zeichen. Im Gegensatz zum 4004, für den eigene spezielle Speicherchips erforderlich waren, wurde der 1201 für die Verwendung von Standardspeicher konzipiert.

Das Projekt begann im Dezember 1969 mit einem Treffen mit Andrew Grove, bei dem Datapoint nach Chips für einen 8-Bit-Computer fragte. Laut Mazor unterbreitete er Datapoint drei Vorschläge - zwei Variationen eines 8-Bit- "Registerstacks" und "einer gesamten 8-Bit-CPU auf einem Chip". Zu diesem Zeitpunkt hatten Mazor und Hoff bereits an dem Busicom-Projekt mit dem 4004 gearbeitet.

Ungefähr zur gleichen Zeit bat Datapoint anscheinend Texas Instruments um ein ähnliches Design. In einigen Berichten führte Datapoint Hoffs und Mazors Schaltplan nach Dallas, wo die Idee zu einem Entwicklungsprogramm im Halbleiterlabor von TI wurde.

Laut Mazor ist es sehr wahrscheinlich, dass TI ursprünglich ein Multi-Chip-Set vorgeschlagen hat und Datapoint dann den Intel-Vorschlag an TI weitergeleitet hat. TI hat daher versucht, einen Chip nach dieser Spezifikation zu bauen. Aber Mazor sagt, der TI-Chip hätte nicht funktionieren können, weil seine Spezifikation einen "Defekt" hatte.

Intel beauftragte Hal Feeney im März 1970 mit der Entwicklung des speziellen Designs des Chips, der damals als 1201 bekannt war, genau wie Faggin am 4004 gearbeitet hatte. und tatsächlich half jeder beim anderen Projekt. Die Arbeit am 1201 wurde bis Mitte 1970 fortgesetzt, aber dann war Intel besorgt darüber, ob Datapoint den Chip tatsächlich verwenden würde. Daher wurde die Arbeit unterbrochen, während Mazor und andere mehr am 4004 arbeiteten.

Texas Instruments hatte ein Chip-Design im März 1971, was ein paar Monate vor dem 4004 gewesen wäre, und kündigte seinen Chip tatsächlich im Juli 1971 an, einige Monate vor der 4004-Ankündigung. Aber dieser Chip wurde anscheinend nie ausgeliefert.

Aber die Ankündigung von TI spornte Intel und insbesondere Grove an, seine Anstrengungen für den 1201 zu verdoppeln. Letztendlich verwendete Datapoint weder die Intel- noch die TI-Chips. Stattdessen wurde der Datapoint 2200 mit herkömmlichen TTL-Chips eingeführt, als Intel das Design fertiggestellt hatte.

Auch wenn Datapoint nicht interessiert war, begann Intel, Interesse von anderen Unternehmen wie Seiko zu erkennen, die einen wissenschaftlichen 8-Bit-Taschenrechner bauen wollten.

Ab diesem Zeitpunkt begann Intel ernsthafter über das Benennen nachzudenken. Das ursprüngliche Namensschema von Intel basierte auf den verschiedenen Arten von Teilen, die es erstellte, sodass jeder Chip in der Familie unterschiedliche Nummern gehabt hätte. Faggin sagt, er habe sich die Bezeichnung für die 4000er-Familie ausgedacht, weil sie konsequenter war. Nach der Einführung des 4004 hat die Marketingabteilung den 1201 auf den 8008 umgestellt, um anzuzeigen, dass es sich um einen 8-Bit-Chip handelt. So wurde der 8008 bezeichnet, als er im April 1972 eingeführt wurde. Der 8008 führte zu Intels großem Engagement im Bereich Mikroprozessor-Marketing und führte zur Gründung der Microcomputer Systems Group und zur Schaffung von Entwicklungsplatinen und -systemen. Dies wiederum hat sicherlich dazu beigetragen, eine Reihe von 8-Bit-Geräten zu entwickeln, darunter auch einige der Maschinen, die zu den frühen Mikrocomputern gehörten.

Wem gebührt der Kredit?

Im Laufe der Jahre gab es viele Debatten über den 4004, seinen Platz als ersten Mikroprozessor, und die Anerkennung, die jeder der Teilnehmer verdient hatte.

Die Geschichte der integrierten Schaltkreise ist eine Geschichte der immer weiter fortschreitenden Integration. Die Idee, dass Sie schließlich alle gewünschten Funktionen in eine "CPU auf einem Chip" integrieren könnten, war Ende der 1960er-Jahre mit Sicherheit in der Luft.

Intel erkannte nicht allein die Notwendigkeit eines Allzweckprozessors, da zu viele Kunden wollten, dass Prozessoren für jeden von ihnen einen eigenen Chip entwerfen. Später schrieben Hoff und Noyce: "Wenn dies so weitergehen würde… würde sich die Anzahl der benötigten Schaltkreise über die Anzahl der Schaltkreisentwickler hinaus vermehren. Gleichzeitig würde die relative Nutzung jedes Schaltkreises sinken. Erhöhte Konstruktionskosten und verringerte Nutzung würden die Hersteller daran hindern, Dies würde die Kosten einer großen Anzahl von Nutzern amortisieren und die Vorteile der Lernkurve einschränken."

"Die Leute haben jahrelang über einen Computer auf einem Chip gesprochen", sagte Intel-Mitbegründer Gordon Moore, "aber es war in Zukunft immer da draußen. Was Ted sah, war die Komplexität, mit der wir bereits gearbeitet haben, Sie könnte jetzt tatsächlich eine solche integrierte Schaltung herstellen. Das war der eigentliche konzeptionelle Durchbruch."

Und selbst Ted Hoff hat manchmal die Bedeutung des Konzepts heruntergespielt. "Die eigentliche Erfindung des Mikroprozessors war nicht so wichtig wie die bloße Erkenntnis, dass es für so etwas einen Markt gibt."

Es gab aber auch andere Anwärter auf den Titel des ersten Mikroprozessors. Tatsächlich kündigte Texas Instruments im April 1971 einen "CPU-on-a-Chip" an, der ursprünglich als Vertragschip für die Computer Terminal Corporation (später Datapoint) konzipiert war. Dies hat anscheinend nie funktioniert, und tatsächlich arbeitete Intel an einem Chip für CTC mit der gleichen Spezifikation. Dies war als 1201 bekannt und sollte später in 8008 umbenannt werden. Noch wichtiger ist, dass die Ingenieure von Texas Instruments, Gary Boone und Michael Cochrane Ende 1971 den ersten Prototyp einer integrierten Schaltung produzierten, die eine Eingabe-Ausgabe-Schaltung, einen Speicher und eine Zentraleinheit umfasste Prozessor alles in einem Chip, im Gegensatz zum Vier-Chip-MCS-4-Set. Bekannt als der TMS1000, wurde dieser ursprünglich in einem TI-Rechner verwendet und kam 1974 auf den Markt. Boone erhielt 1973 ein Patent für seine CPU, und später erhielten Boone und Cochran ein Patent für einen Computer auf einem Chip.

Intels Patentanwalt war skeptisch gegenüber großen Ansprüchen und widersetzte sich Hoffs Wunsch, das Werk als "Computer" zu patentieren, weil es so kompliziert wäre und andere das Konzept hatten, einen Computer auf einen Chip zu setzen. Laut Hoff "sagte er, dass sie es nicht wert waren und dass er sich damals weigerte, ein Patent zu schreiben." Stattdessen reichten sie spezifischere und eingeschränktere Patente ein. Intel erhielt zwei Patente: Hoff, Mazor und Faggin erhielten eines für "das Speichersystem für einen digitalen Mehrchip-Computer", das die externe Busorganisation und das Speicheradressierungsschema des Intel MCS-4-Chipsatzes abdeckt, während Faggin eines erhielt für eine Schaltung, die die CPU zurücksetzen könnte, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird.

Jahre später erhielt der Erfinder Gilbert Hyatt ein Patent auf den Mikroprozessor, das er 1970 eingereicht hatte, basierend auf einer Erfindung, die er 1968 bei seiner Firma Microcomputer Inc. gemacht hatte. Diese scheint jedoch nicht hergestellt worden zu sein. In der Zwischenzeit arbeiteten Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase und RCA auch an mikroprozessorähnlichen Geräten. Trotzdem gilt der 4004 fast überall als der erste Mikroprozessor.

Im Intel-Team gab es auch Kontroversen über die Aufteilung des Kredits. Die meisten Beobachter würdigen alle vier Männer, die direkt an der Erstellung des Chipsatzes beteiligt waren, aber das ist nicht immer so.

Faggin sollte Intel Ende 1974, nur wenige Monate nach der Einführung des 8080, verlassen, um Zilog zu starten und Shima und andere Intel-Ingenieure mitzunehmen. Malone zitiert Faggin und sagt: "Ich erinnere mich, dass er mir sagte: 'Sie werden niemals Erfolg haben, egal was Sie tun werden. Sie werden Ihren Kindern und Enkeln nichts zu erzählen haben.' Mit diesen Worten war gemeint, dass ich kein Erbe an Halbleitern haben würde. Dass mir niemals die Ehre zuteil würde, was ich bei Intel getan habe. Es war, als würde er mich verfluchen."

Unabhängig davon, ob es so dramatisch war oder nicht, scheint es, als hätte Intel Hoff den größten Teil seiner Verdienste zuteil werden lassen, und das hat sich in vielen Geschichten fortgesetzt. Zum Beispiel geben sowohl TR Reid in The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks) als auch Dirk Hansens The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) Hoff fast ausschließlich Anerkennung, ebenso wie der Grove-Biograf Richard Tedlow. Tatsächlich, sagt Malone, hat Intel von nun an Hoff und Faggin bis 2009 mit der Premiere von The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), einem Dokumentarfilm über die Gründung von Silicon Valley, alle Ehre für den Mikroprozessor gemacht.

Es gibt jedoch auch andere Geschichten, die auf Faggins Rolle hinweisen (und auf jene von Shima und Mazor, die noch häufiger übersehen werden) und auf Interviews zurückgehen, die Hoff in den 1980er Jahren gegeben hat. 1993 schrieb eine Intel-Veröffentlichung, die das 25-jährige Bestehen des Unternehmens feierte, Hoff die Lösung zu und gab ihm ein fast ganzseitiges Bild, doch Faggin wurde dafür ausgezeichnet, dass er "Hoffs Vision in die Realität umsetzte". Als wir 1996 auf einer Veranstaltung bei Comdex das 25-jährige Bestehen des Mikroprozessors feierten, half Intel mir, mit allen vier Entwicklern in Kontakt zu treten, die den PC Magazine Lifetime Achievement Award erhielten.

In der Tat scheint es wichtig zu sein, alle vier Männer zu würdigen - Hoff für seine Vision und die Grundkonzepte, Mazor für die Programmierung und Arbeit an den Blockdiagrammen, Shima für die Erstellung des Logikdesigns und Faggin für die Erstellung des beeindruckenden Siliziumdesigns für die Chips. Gemeinsam haben sie den ersten Universalmikroprozessor geschaffen und damit nicht nur die Grundlage für die Personal Computer-Industrie geschaffen, sondern auch für eine unzählige andere elektronische Geräte. Buchstäblich Milliarden von Mikroprozessoren werden jedes Jahr verkauft - alles weitaus komplexer als der ursprüngliche 4004 - und ohne sie wäre unsere moderne elektronische Welt unmöglich.