Narodziny mikroprocesora

Kontynuujemy druk wybranych fragmentów wydanej w 1984 roku w Nowym Jorku książki Everetta M. Rogersa i Judith K. Larsen pt. "Gorączka Krzemowej Doliny".
Miejsce akcji: Kalifornia, USA.
Czas akcji: początek lat siedemdziesiątych.

Wraz z wynalezieniem tranzystora w Laboratoriach Bella, oraz układu scalonego — czego dokonali Rob Noyce i Jack Kilby, do najdonioślejszych wynalazków w przemyśle mikroelektronicznym należy mikroprocesor — pochodzące z r. 1971 dzieło Teda Hoffa. Zważywszy na rolę mikroprocesora, może dziwić, że jego wynalazca, dr Marcian E. (Ted) Hoff młodszy nie zyskał szerszego uznania w społeczeństwie.

Gdy spotkaliśmy się z Hoffem, wyczuliśmy, że ten inżynier w średnim wieku woli nie rzucać się w oczy, ponieważ dzięki temu, że nie jest obiektem zainteresowania publiczności może nadal poświęcać się wynajdywaniu nowych rzeczy. O wynalezieniu mikroprocesora opowiada rzeczowo, jak uczeń relacjonujący nauczycielowi, co robił podczas ostatnich wakacji. Pełna skromności postawa Hoffa nie przysłania jednak faktu, że praca nad mikroprocesorem była dlań po prostu wielką frajdą.

Czego się Jaś nauczy...

Hoff wyrastał na wsi w pobliżu Rochester w stanie Nowy Jork, gdzie jego ojciec pracował jako inżynier elektrotechnik. „Zainteresowałem się nauką w bardzo młodym wieku” — mówi Hoff. Podczas studiów w pobliskim Instytucie Politechnicznym Rensselaera (RPI) specjalizował się w elektronice pisząc pracę na temat zjawiska przełączania w tranzystorach.

Hoff nigdy nie wyjeżdżał na zachód dalej, niż wodospad Niagara. Gdy więc wystąpił o stypendium Narodowej Fundacji Nauki na studia II stopnia, jako miejsce, gdzie chciałby studiować, wymienił Uniwersytet Stanforda. Słyszał już o Fredzie Termanie a profesorowie w RPI wyrażali się pochlebnie o kalifornijskiej uczelni. Przybywszy do Palo Alto zapisał się na wykłady z teorii tranzystorów. Wkrótce zaczął uczestniczyć w badaniach nad tranzystorami i uzyskawszy doktorat pracował na uczelni jako młodszy badacz. Po dziesięciu latach uczelni zaraził się jednak bakcylem biznesu: „Chciałem pracować nad jakimś pomysłem, który miałby duże znaczenie gospodarcze. Największą pochwałą jest. gdy za to, co wymyśliłeś, ktoś chce ci zapłacić”.

Gdy w r. 1968 powstał Intel, poszukiwano pracowników do wydziału badań. Wykładowcy z uniwersytetu gorąco rekomendowali Hoffa ale Intel zaoferował wpierw pracę komuś z IBM. Następnie zwrócono się do pewnego inżyniera od Fairchilda i dopiero gdy i ten odmówił, Bob Noyce (jeden z szefów firmy Intel) zatelefonował wreszcie do Hoffa. Tym samym Hoff, który stał się trzecim wyborem Intel na stanowisko w dziale badań, został dwunastym pracownikiem firmy. Pracował w małym laboratorium w jednym z pomieszczeń Intel w Mountain View, dzieląc pokój z pozostałym personelem i ze skrzyniami jakichś dostaw dla Union Carbide, bowiem koncern ten wynajmował drugą połowę budynku.

W owym czasie Intel zajmował się głównie pamięciami półprzewodnikowymi, przyjmował jednak również klientów takich jak Busicom. Był to — upadły już — producent japoński, który chciał, aby w Intel skonstruowano specjalnego rodzaju układ scalony przeznaczony do serii kalkulatorów biurkowych. 20 czerwca 1969 r. grupy inżynierów z Busicom przybyła z Tokio na spotkanie z Hoffem, który tegoż wieczora odleciał na od dawna planowany urlop na Tahiti. Gdy wrócił, Japończycy jeszcze czekali. Gdy przedstawili własny projekt zestawu sześciu bardzo złożonych układów scalonych, Hoff powiedział im, że proponowany przez nich schemat jest — jak na możliwości Intel — zbyt skomplikowany.

Obok biurka Hoffa stał minikomputer PDP-8, którym Hoff posługiwał się w toku swoich badań. Pomyślał o możliwości skonstruowania czegoś, co byłoby jeszcze mniejsze — mikrokomputera. „Patrzyłem na PDP-8, na plany ludzi z Busicom i zastanawiałem się, czemu kalkulator ma być aż tak wiele bardziej skomplikowany. Myślał o umieszczeniu komputera w jednym układzie scalonym.

Wreszcie opracował schemat mikroprocesora, czyli układu scalonego służącego za sterujący komputerem centralny procesor. Konstruując pierwszy w świecie mikroprocesor, Hoff postanowił wszystkie funkcje procesora umieścić na jednym układzie scalonym. Z mikroprocesorem połączył następnie dwie kostki pamięci — jedną do przechowywania danych, zaś drugą do przechowywania kierującego działaniem procesora programu. Miał teraz w ręku elementarny komputer ogólnego przeznaczenia, który mógł pracować nie tylko w złożonym kalkulatorze, lecz w zależności od programu również sterować windą, światłami ulicznymi i wykonywać wiele innych zadań...

Choć dziś może to wydawać się dziwne, ale opracowany przez Hoffa projekt mikroprocesora nie wywarł na japońskich inżynierach wrażenia. Do tego stopnia, że zabrali się do pracy, aby przekonstruować własny układ. Hoff kontynuował jednak swoje prace nad schematami mikroprocesora, mimo że japoński klient Intel nie był nim zainteresowany.

Bob Noyce zdecydowanie go popierał. Już kilka lat wcześniej przewidywał, że do czegoś takiego dojdzie. Na jednej z konferencji pod koniec lat 60-tych, gdy Noyce zapowiedział nadejście komputera mieszczącego się w jednej kostce, jakiś krytykant spośród słuchaczy zareagował na to uwagą:

„Nie chciałbym stracić całego komputera przez szparę w podłodze”. „Źle mnie pan zrozumiał — odparł Noyce — ponieważ będzie pan miał na biurku jeszcze sto innych, nawet jeśli zgubi pan jeden, nie będzie to mieć żadnego znaczenia”.

W owym czasie większość projektantów nie interesowała się możliwościami małych komputerów. Uważali, że prawdziwie ciekawe rzeczy dzieją się przy komputerach uniwersalnych. Hoffowi udało się jednak przekonać niedawno przejętego z Fairchilda Stana Mazora (Stanisława Mazura), aby wraz z nim zajął się mikroprocesorem.

W marcu 1970 r. do Intel przybył z Fairchilda Federico Faggin. On to właśnie opracował architekturę układu i rozrysował obwody. Zdaniem Hoffa, stworzony przez niego projekt był

„piękny i czysty”

Tymczasem w Busicom pracowano nad kalkulatorem, którego sercem był mikroprocesor Intel. W niecały rok później, w styczniu 1971 Hoff i koledzy mieli już działający układ.

Pierwszy mikroprocesor w jednym układzie scalonym otrzymał w Intel nazwę „4004”. Przedrostek oznaczał, iż jest to wyrób wykonany na zamówienie i przeznaczony dla firmy Busicom. Końcówka natomiast sygnalizowała, że jest to czwarty układ zaprojektowany na zamówienie przez Intel.

Prezes Intel, Gordon Moore opisał możliwości mikroprocesora w następujących słowach: „Możemy teraz wytwarzać jeden rodzaj układu i sprzedawać go do paru tysięcy różnych zastosowań”. To właśnie jest piękno mikroprocesora — może on wchodzić w skład dowolnego wyrobu elektronicznego, który chce się wyposażyć w zminiaturyzowaną moc obliczeniową. Owa elastyczność zastosowań pociągała za sobą niezmiernie dalekie konsekwencje natury handlowej. Ted Hoff wynalazł sposób, dzięki któremu Intel miał szybko zrobić majątek.

W październiku 1969 r. Victor Poor z firmy Computer Terminals Corporation zwrócił się do Intel z zamówieniem na wyspecjalizowany układ scalony do budowanej przezeń końcówki komputerowej. Hoff i Mazor skonstruowali wspólnie mikroprocesor o większej pojemności niż 4004. Nazwali go Intel 8008. Gdy Mazor pokazał go Poorowi, ten był zdumiony, bowiem nie wierzył, że komputer można umieścić na układzie scalonym. Produkcję mikroprocesora 8008 podjęto w roku 1972.

Wydział handlowy Intel nie był przekonany, że mikroprocesory utrzymają się na rynku i że warte są kosztów i wysiłku wkładanego w ich produkcję. Mimo, że Intel sprzedawał 4004 Busicomowi od stycznia 1971 r., nie oznajmiono o jego produkcji publicznie, skutkiem czego na mikroprocesor ten nie było popytu. W miarę, jak mijał rok 1971, Hoff, Mazor i pracujący z nimi niewielki zespół entuzjastów mikroprocesora chodzili do ludzi od marketingu i nalegali, aby o istnieniu 4004 oznajmiono publicznie.

W listopadzie 1971 r. Intel ostatecznie zdecydował się oznajmić publicznie o 4004. Zakupiono w tym celu ogłoszenie w branżowym piśmie ELECTRONIC NEWS. Ogłoszenie mówiło nie o po prostu jakimś nowym wyrobie, lecz o „nowej erze elektroniki układów scalonych... mikroprogramowanym komputerze na jednej kostce”. Firmom półprzewodnikowym zdarzało się już w przeszłości czynić wygórowane obietnice, reakcja na 4004 była więc pełna ostrożności. W typowy sposób zachował się pewien klient, który jesienią 1971 r., podczas wystawy komputerów w Las Vegas podziwiał przy stoisku Intel... nerwy ludzi twierdzących, że mają komputer na jednym scalaku. Dopiero, gdy Mazor pokazał mu specyfikację techniczną, musiał z niechęcią przyznać, że

to naprawdę komputer

W połowie roku 1972 Ted Hoff i Stan Mazor ruszyli na trzy tygodnie w drogę organizując seminaria i spotkania z konstruktorami układów scalonych z różnych firm. Entuzjaści mikroprocesora z Intel zetknęli się z wieloma wątpliwościami. Jednym z najczęstszych pytań było: „No dobrze, a jak to się naprawia”. Ludzie nie mogli pojąć, że komputer można po użyciu wyrzucić tak jak przepaloną żarówkę. Hoff przypomina, że na owym wczesnym etapie rozwoju mikroprocesora wielu klientów chciało za cenę mikroprocesora mieć moc obliczeniową minikomputera. „Tym czasem nie mogliśmy jeszcze dorównać minikomputerom (Jeszcze nie)”.

Hoff, Mazor i Faggin nadal pracowali nad ulepszeniem mikroprocesora. Efektem tego w sierpniu 1973 stał się mikroprocesor Intel 8080. Zaczęło się od drobnej przeróbki układu 8008, ruszenie schematu wymagało jednak i tak opracowania nowych masek, więc Hoff i Faggin postanowili przebudować układ całkowicie. „W tym właśnie czasie zaczęła wchodzić technologia N-MOS, wykorzystaliśmy więc ją w 8080”. MOS, to skrót „metal-oxide on silicon — tlenek metalu na krzemie”, odmiana technologii mi-kroelektronicznej stosowanej w produkcji układów scalonych bardzo dużej integracji.

„Pod względem wielkości zbytu 8080 jest jednym z największych bestsellerów wszechczasów. Poleciało jak lawina” — mówi Hoff. W miarę jak doświadczenie zdobywane przez firmę w toku produkcji mikroprocesora pomagało przechodzić w dół „krzywej uczenia się”, cena 8080, która początkowo wynosiła 360 dol., zaczęła spadać. „Dziś” — mówi Hoff— „przy zakupie hurtowym 8080 kosztuje około 2,5 dol. za sztukę, a widziałem nawet pojedyncze egzemplarze sprzedawane w sklepach dla hobbystów po 2,95 dol. „Żartując Hoff wspomina o „prawie Gelbacha” — od nazwiska byłego szefa Wydziału Handlu, obecnie zaś wiceprezesa Intel. Prawo to głosi, iż „każdy scalak będzie kiedyś kosztował 5 dolarów — z wyjątkiem tych, które będą tańsze”.