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祝微处理器50岁生日快乐,第二部分

这几乎没有发生

本文的第1部分描述了Busicom如何选择英特尔来开发和制造世界上第一个商用微处理器。第二部分描述了英特尔4004微处理器是如何被创造出来并推向市场的。

那是1970年3月底或4月初,Busicom的Masatoshi Shima非常生气!1969年,他曾与Busicom的高管多次访问英特尔,Busicom同意向英特尔支付开发费,为Busicom的模块化141-PF计算器设计和制造专有的4芯片组。Shima开发了一个最初的设计方案,要求使用12个大型LSI芯片,而英特尔根本无法制造或封装这些芯片。英特尔的Ted Hoff随后提出了一个架构方案,要求将芯片组(包括4位CPU、RAM和ROM)命名为MCS-4。Busicom的高管们选择了霍夫的提议。协议达成后,Shima回到日本,进一步完善了基于Hoff提出的芯片组的台式计算器的计划。他还编写了几个固件程序,帮助他调试建议的CPU指令集。

这几乎没有发生,在第二轮

Shima于1971年4月7日回到英特尔,发现在这期间MCS-4芯片组的开发没有任何进展。更糟糕的是,当他到达那里时,他发现Ted Hoff正在从事一个完全不同的项目。(英特尔8008就是这个项目生产出的第一个8位微处理器。)这就只剩下费德里科·费金(Federico Faggin),他在Shima从日本抵达英特尔的前一周加入英特尔,负责MCS-4项目。

志摩要看电视机里芯片的原理图。费金告诉志马他在英特尔只工作了一周顺便说一句,没有任何MCS-4芯片的原理图。没有人参与过这个项目。

费金是这样描述这种情况的:

我被聘为“Busicom项目”的项目负责人。1969年,Busicom开发了一个计算器家族的设计,他们希望英特尔将他们的设计转移到硅上。他们的设计是一个特殊用途的、基于cpu的机器,具有宏指令、ROM和移位寄存器读写存储器,划分在7个不同的芯片上。CPU功能分布在三个独立的芯片上。当Ted Hoff看到Busicom的设计时,他对它的复杂性感到惊讶,并提出了一个基于更通用的、单芯片、4位CPU和独立芯片的架构,包括带有I/O的ROM、带有I/O的RAM和移位寄存器。在这组四芯片MCS-4的基本架构和规格完成后,该项目被移交给MOS设计小组实施。

“对于一个典型的定制设计,客户通常向MOS供应商提供一个经过验证的逻辑设计,以便在硅上实现。然后半导体公司将客户的逻辑设计转换成合适的MOS电路,做芯片布局,创建掩模,定制测试软件,最后为客户生产芯片。多年来从事MOS定制芯片的公司已经开发出一种设计方法和一些预先描述的电路构建块,以帮助无错误和快速芯片开发。

“Busicom希望英特尔将最初的设计转化为7个定制芯片的设计已经相应地设计好了,并且在逻辑门级别上进行了构建并验证了其正确性。然而,霍夫的建议只是概念性的,没有逻辑设计或验证。由于Intel专注于内存芯片的设计,它没有随机逻辑芯片的设计经验;它没有设计方法,也没有预先确定的电路构造块。

此外,硅门技术所要求的设计风格与金属门的随机逻辑有很大的不同,后者的方法论已经存在。特性测试和生产测试需要的测试人员和测试方法,英特尔也没有。在我加入英特尔的那天,摆在我面前的任务是在6个月内完成这4个芯片的整个逻辑、电路和布局设计,并对它们进行表征并将它们转移到生产中。这是英特尔与Busicom在6个月前达成的计划,但从那时起就没有任何工作完成!最后,我还设计和制造了表征和晶片分类测试器,而最终测试器正在购买中。”

难怪志摩心烦意乱。

在1970年4月访问英特尔期间,Shima计划检查4004 CPU的逻辑设计,并看看其他MCS-4芯片的设计取得了什么进展。英特尔没有取得任何进展。因此,Shima将他在英特尔的工作延长到10月份,以帮助Faggin完成这个项目。

Shima协助Faggin完成了项目的所有开发阶段。他学会了如何使用费金为英特尔开发的方法来设计集成电路。他协助检查MCS-4芯片的逻辑设计、芯片布局和红宝石工艺。在费金的监督下,他还开发了4004 CPU的大部分逻辑设计。

英特尔将4004微处理器塞进了16针DIP中,因为这是该公司现有的包装。图片来源:Thomas Nguyen, CC BY-SA 4.0,通过维基共享

费金和志摩以惊人的速度工作,仅用了9个月就生产出MCS-4芯片组的工作样品。1971年1月,费金在一个测试机上推出了第一台4004微处理器。当时,Busicom是MCS-4芯片组的唯一客户,因为它支付了四种集成电路的开发费用。因此MCS-4芯片是专有的,世界上几乎没有第一台商用微处理器。然后,发生了一件事。

这几乎没有发生,在第三轮

以下是罗伯特·诺伊斯在他1981年的一篇题为《英特尔微处理器发展史”:

“由于合同限制,新芯片组完成后只能出售给Busicom。但到了1971年夏天,计算器行业的竞争变得更加激烈,Busicom要求英特尔降低计算器组件的价格。通过谈判,英特尔获得了向其他客户出售非计算器应用芯片的权利。”

Ted Hoff和Federico Faggin都要求Noyce与Busicom达成协议,因为他们都相信微处理器有一个光明的未来。然而,诺伊斯已经倾向于想要这笔交易。根据诺伊斯的传记作者莱斯利·柏林博士的说法,诺伊斯已经启动了自己的研究项目,研究微处理器作为商业产品的可行性。这是柏林在她的诺伊斯传记中描述的情况,《微芯片背后的人:罗伯特·诺伊斯和硅谷的发明》(The Man Behind The Microchip: Robert Noyce and The Invention of Silicon Valley)

在Busicom选择霍夫的架构作为他们的计算器后不久,诺伊斯就悄悄开始了他自己的市场研究“编程逻辑的通用方式”。(当时微处理器这个词还没有被使用。)当他拜访那些要求定制电路来实现某些简单逻辑功能的客户时,诺伊斯总会以一种随意的方式问他们,为什么客户不买一台电脑,然后编个程序来完成这项任务。答案总是一样的:我可以那样做,但太贵了。这项研究进一步强化了诺伊斯的预感,即如果价格合适,微处理器可以应用于许多潜在的领域,不仅是计算机,还可以应用于微电子学未涉足的领域,如汽车和家用电器。”

然而,根据柏林对诺伊斯的传记,英特尔内部也有反对意见:

“(工程总监)安迪·格鲁夫(Andy Grove)希望微处理器消失。(市场经理)鲍勃·格雷厄姆认为公司已经有足够的资金来销售存储芯片。”

诺伊斯在1971年9月下旬与Busicom达成了新的协议。Busicom在MCS-4芯片组上获得了它想要的价格优惠,作为交换,它同意英特尔销售世界上第一个商用微处理器的权利。(Busicom于1974年破产。)

然而,英特尔并没有立即开始向其他潜在客户销售MCS-4芯片组,可能是因为英特尔在1971年10月上市。该公司还在开发8位的英特尔8008微处理器,并将于1972年4月推出。1970年10月,该公司宣布突破性的1103 DRAM成功销售,并乘风而上。对英特尔来说,那是一个忙碌的时期。还有许多其他的事情要做。

英特尔最终在广告中宣布了4004 4位CPU和它的三个支持芯片电子新闻1971年11月15日。这是世界上第一台商用微处理器的官方生日。

为了纪念它的50周年th对于4004微处理器对岛正敏(Masatoshi Shima)的影响,我将给出最后的结论。在一段口述历史中,Shima表示,他认为微处理器最大的创新是用软件取代了硬线逻辑。在英特尔发布4004微处理器之前,没有人知道如何做到这一点。在4004发布后,它变得容易了。

引用:

注:由于英特尔4004在半导体历史上扮演着如此重要的角色,它的起源在过去50年里一直是许多文章的主题。这些文章中的一些信息是准确的。有些似乎不太准确。本文是基于参与该项目的负责人所写的主要参考文献和负责人所讲述的口述历史。它也是基于著名硅谷历史学家、作者、斯坦福大学硅谷档案项目历史学家莱斯利·柏林博士所写的罗伯特·诺伊斯传记。在我看来,这是讲述这个故事最准确的方式。

  1. 诺伊斯和m·e·霍夫,"英特尔微处理器发展史,“在IEEE微, vol. 1, no. 11,第8-21页,1981年2月,doi: 10.1109/MM.1981.290812。

Masatoshi Shima, 1994年由William Aspray编写的口述历史,IEEE历史中心,美国新泽西州皮斯卡塔韦。https://ethw.org/Oral-History:Masatoshi_Shima#Tedd_Hoff.27s_Initial_LSI_Design

英特尔4004微处理器口述历史面板,计算机历史博物馆,2007年4月25日。https://www.computerhistory.org/collections/catalog/102658187

柏林,莱斯利。《微芯片背后的人:罗伯特·诺伊斯和硅谷的发明》(The Man Behind The Microchip: Robert Noyce and The Invention of Silicon Valley).牛津:牛津大学出版社,2005。

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