Kelahiran mikroprosesor

Intel 4004 dianggap sebagai mikroprosesor pertama - dengan kata lain, komputer serba guna pertama pada sebuah chip - tetapi penciptaannya oleh Intel mengarah pada kombinasi kerja keras, waktu yang tepat, dan keberuntungan semata.

Kisah chip tersebut benar-benar dimulai pada tahun 1969 ketika sebuah perusahaan Jepang bernama Nippon Calculating Machine Corporation (tetapi dikenal sebagai Busicom, setelah nama kalkulatornya) mengontrak dengan Intel untuk membuat chip yang diperlukan untuk kalkulator baru. Busicom adalah perusahaan kalkulator yang relatif kecil kehilangan saham di pasar yang cepat terkonsolidasi dan membutuhkan solusi baru. Dan Intel adalah startup, didirikan pada tahun 1968 dengan sekitar 200 karyawan, sebagian besar berfokus pada membangun chip memori.

Keduanya membutuhkan sesuatu yang baru.

Co-founder Intel dan CEO Robert Noyce telah mengunjungi Jepang sekitar akhir 1968, mencari pelanggan. Noyce mengadakan pertemuan dengan Sharp, yang saat itu merupakan salah satu pemimpin dalam kalkulator, tetapi Sharp sudah memiliki kontrak. Jadi Sharp, Tadashi Sasaki, mengatakan ia memperkenalkan Noyce kepada presiden Busicom Yoshio Kojima, dan itulah bagaimana Intel mendapat kontrak untuk membuat chip untuk kalkulator Busicom.

Marcian Edward "Ted" Hoff, yang telah bergabung dengan Intel sebagai karyawan No. 12 pada tahun 1968, ditugaskan untuk menciptakan produk yang akan membuat orang beralih dari memori inti lama ke chip memori baru Intel. Dalam ceritanya, proyek custom pertama Intel akan dilakukan untuk perusahaan yang dikenal sebagai Electro Technical Industries tetapi yang paling disebut Busicom.

Menurut Masatoshi Shima, seorang insinyur muda di Busicom tetapi ditakdirkan untuk menjadi bagian penting dari tim desain, perusahaan tersebut berencana untuk membangun serangkaian chip tujuan umum "yang akan digunakan tidak hanya untuk kalkulator desktop, tetapi juga mesin bisnis, seperti mesin penagihan, mesin kasir, dan mesin kasir. " Tetapi Busicom tidak memberitahukan hal ini kepada Intel pada saat itu, "karena itu adalah masalah rahasia antara Busicom dan NCR Jepang, " jadi Intel mengira tujuannya hanya untuk membangun kalkulator yang lebih kuat.

Kontrak awal ditandatangani pada April 1969, dan pada akhir Juni, Shima dan dua insinyur Busicom lainnya tiba di Intel. Rencana awal memiliki insinyur Busicom merancang serangkaian chip LSI dan Intel membuat chip menggunakan teknologi MOS (metal-oxide-semiconductor). Intel akan menerima $ 100.000 untuk membuat set chip dan kemudian $ 50 untuk setiap set yang dibuat, dengan Busicom berkomitmen untuk setidaknya 60.000 unit.

Shima mengatakan timnya mengusulkan membuat sembilan jenis chip LSI, tetapi sebagian besar akun ini segera menjadi proposal 12 chip, dengan beberapa chip masing-masing membutuhkan 3.000 hingga 5.000 transistor - jumlah yang sangat besar untuk tahun 1969 ketika kalkulator standar memiliki enam chip, masing-masing memiliki 600 hingga 1.000 transistor. Hoff melihat rencana dan berpikir keripik itu terlalu rumit untuk dibuat dan "bahwa kita tidak akan dapat membuat hal-hal ini dengan target harga."

Hoff melihat desain dan memiliki berbagai konsep, termasuk bergerak dari aritmatika desimal ke aritmatika biner, dengan menggunakan chip yang lebih umum untuk tujuan dengan satu set instruksi sederhana.

Hoff berpikir bahwa rencana Busicom terlalu rumit dan malah menyarankan untuk membuat chip logika tujuan umum, dengan banyak instruksi dalam perangkat lunak yang disimpan pada chip memori. Seperti dikutip dalam The Man Behind the Microchip dari Leslie Berlin (2006, Oxford University Press), Hoff menemui CEO Intel Noyce dan menjelaskan konsepnya, yang terdiri dari satu mikroprosesor, dua chip memori, dan register geser. "Saya pikir kita bisa melakukan sesuatu untuk menyederhanakan ini, " kata Hoff. "Aku tahu ini bisa dilakukan. Itu bisa dibuat untuk meniru komputer." Meskipun ia belum secara resmi ditugaskan untuk mendesain chip untuk mesin tersebut, Noyce memberinya izin untuk terus mengerjakan konsep tersebut.

Hoff mengerjakan konsep selama musim panas, dan dengan insinyur Stanley Mazor, Hoff membuat gambar blok arsitektur. Ini akan menjadi chip logika biner 4-bit (berlawanan dengan desain desimal Busicom) dan akan menyimpan program untuk menjalankan fungsi kalkulator pada chip memori, yang merupakan spesialisasi Intel pada saat itu.

Ada ingatan yang agak berbeda tentang bagaimana Shima dan tim Busicom bereaksi terhadap konsep tersebut. Menurut Hoff, yang dikutip dalam The Intel Trinity (2014, HarperBusiness dari Michael S. Malone), "Jadi saya membuat beberapa proposal kepada para insinyur Jepang untuk melakukan sesuatu di sepanjang garis ini [arsitektur tujuan umum] -dan mereka bukan yang paling tidak tertarik "Mereka mengatakan bahwa mereka mengakui desain itu terlalu rumit tetapi mereka bekerja pada penyederhanaan dan mereka keluar untuk merancang kalkulator dan tidak ada yang lain. Mereka hanya tidak tertarik."

Masatoshi Shima dari Busicom, yang menjalankan proyek dari kematian Busicom, mengingatnya sedikit berbeda. Dalam sejarah lisan, dia berkata, "Saya merasa bahwa usulan Hoff baik, tetapi jika kami menerima usulan Hoff, kami harus mengerjakan proyek itu lagi dari awal." Shima mencatat semua detail yang belum dimiliki Hoff.

Pada bulan Agustus, Noyce mengirim catatan kepada presiden Busicom Yoshia Kojima memperingatkannya bahwa karena kompleksitas desain Busicom, "tidak ada kemungkinan bahwa kita dapat memproduksi unit-unit ini seharga $ 50 / kit bahkan untuk kit yang paling sederhana" dan menyarankan biaya yang sebenarnya akan sekitar $ 300.

Ini diikuti oleh surat resmi untuk Busicom dan pertemuan antara kedua perusahaan pada bulan Oktober, di mana Busicom memutuskan untuk pergi dengan desain Intel. Tapi itu akan memakan waktu hingga Februari 1970 untuk kontrak formal yang akan disepakati.

Peran Faggin

Busicom mengharapkan bahwa Intel sedang mengerjakan rencana baru dan menyarankan bahwa perusahaan harus memiliki diagram rangkaian yang secara substansial telah selesai pada saat Shima, yang telah kembali ke Jepang, datang untuk berkunjung pada 7 April 1970. Tetapi Intel mengalami masalah dengan keripik lainnya dan mengalami penurunan dalam industri dan tidak membuat kemajuan. Dengan kata lain, ia memiliki konsep untuk chip, termasuk diagram blok tentang bagaimana chip perlu bekerja, tetapi bukan desain aktual dari chip: rincian teknis tentang bagaimana transistor akan cocok bersama dan dapat diproduksi.

Untuk memimpin proses itu, Intel mempekerjakan Federico Faggin dari Fairchild Semiconductor. Ketika dia menggambarkannya, dia bergabung dengan perusahaan itu pada minggu itu, dan salah satu tugas pertamanya adalah bertemu Shima dan menjelaskan bahwa Intel tidak memiliki chip yang siap. "Saya sekarang memiliki tugas ini di mana saya pada dasarnya terlambat enam bulan sehari setelah saya mulai, " katanya.

Seperti yang dijelaskan Faggin dalam ceritanya tentang kelahiran mikroprosesor, "Saya bekerja keras, 12 hingga 16 jam sehari. Pertama, saya menyelesaikan masalah arsitektur yang tersisa dan kemudian meletakkan dasar gaya desain yang akan saya gunakan untuk set chip. Akhirnya, saya memulai logika dan desain sirkuit dan kemudian tata letak empat chip. Saya harus mengembangkan metodologi baru untuk desain logika acak dengan teknologi gerbang silikon; belum pernah dilakukan sebelumnya."

Dia bekerja sama dengan Shima, yang baru dalam desain MOS tetapi telah bekerja pada chip LSI, dan bersama-sama mereka menciptakan chip yang akan menjadi keluarga MCS-4. Model 4001 adalah chip memori ROM 2.048-bit yang dirancang untuk menampung pemrograman. 4002 adalah chip memori RAM 320-bit yang dirancang untuk menjadi cache untuk data. 4003 adalah register input-output 10-bit untuk memasukkan data ke prosesor utama dan menghapus hasilnya. Dan akhirnya, model 4004 adalah unit logika pemrosesan pusat 4-bit.

Bagaimanapun, ini adalah upaya yang sangat besar, dengan Faggin dan Shima mengembangkan chip jauh lebih cepat dari biasanya. Berbagai chip semuanya berada di bagian proses yang berbeda pada waktu yang berbeda, dan pada akhir Desember versi pertama sudah siap. Seperti biasa, ini memerlukan beberapa penyesuaian, tetapi pada bulan Maret, Faggin mengirim 4004 yang sepenuhnya beroperasi pertama ke Shima, yang pada saat itu telah kembali ke Jepang. Pada akhirnya, 4004 adalah sebuah chip silikon tunggal yang mengukur seperdelapan dengan seperenam inci dengan 2.250 elemen rangkaian individu.

Dalam akun Faggin, "Butuh waktu kurang dari satu tahun untuk beralih dari ide menjadi produk yang berfungsi penuh." Menurut Shima, "Dari ide umum Busicom, pengembangan itu berlangsung sekitar dua tahun dan tiga bulan. Dan pada bulan April 1971, akhirnya kalkulator desktop bekerja secara publik. Saya sangat bersemangat!"

Intel Mendapat Hak

Dalam kontrak awal untuk chip tersebut, Busicom memegang hak eksklusif untuk 4004. Namun pada musim semi 1971, pasar kalkulator menurun, dan Busicom ingin menegosiasikan ulang kontrak. Sementara ada beberapa kekhawatiran dalam Intel tentang ukuran pasar dan fakta bahwa Intel pada waktu itu adalah perusahaan memori, bukan perusahaan proses, Faggin, Hoff, dan Mazor menekan orang lain di dalam perusahaan untuk mendapatkan kembali hak untuk menjual chip. untuk pelanggan lain.

Seperti yang diingat Hoff, "Salah satu argumen yang saya dapatkan dari orang-orang pemasaran adalah tentang waktu saya mengatakan, 'Anda harus mendapatkan hak untuk menjualnya, ' kata, 'Lihat, mereka hanya menjual sekitar 20.000 komputer mini setiap tahun. "Dan kami terlambat ke pasar, dan Anda akan beruntung mendapatkan 10 persen dari itu. Itu 2.000 chip setahun." Dan mereka berkata, 'Hanya saja tidak sebanding dengan dukungan dan segala sesuatu untuk pasar yang hanya 2.000 chip.'"

Akhirnya Noyce menandatangani perjanjian, dan Intel secara hukum dapat menjual chip tersebut ke perusahaan lain, kecuali pesaing Busicom.

Tetapi 4004 tidak pernah menemukan audiens yang besar dengan pelanggan lain, sebagian karena keterbatasannya - itu hanya prosesor empat bit dengan memori terbatas. Sementara Intel secara resmi mengumumkan chip dalam edisi 15 November 1971 dari Electronics News di bawah judul "Era Baru dalam Elektronik Terpadu, " dengan salinan yang menyatakannya "sebuah komputer yang dapat diprogram dalam sebuah chip." Tetapi industri dan Intel sendiri akan pindah ke prosesor yang lebih baru dan lebih baik.

The 8008 - Pindah ke Komputasi 8-bit

Tidak lama setelah Busicom mendekati Intel untuk membuat chip untuk kalkulatornya, Computer Terminals Corporation (CTC), kemudian disebut Datapoint, meminta Intel untuk proposal chip untuk terminal komputer baru - layar dan keyboard yang dirancang untuk terhubung ke komputer jarak jauh. Sekali lagi, Hoff dan Mazor mengusulkan mikroprosesor untuk menangani logika.

Ada beberapa perbedaan besar antara 4004 dan 8008, meskipun mereka muncul tidak lama. Untuk mulai dengan, 8008 adalah mikroprosesor 8-bit, yang membuatnya cukup besar untuk bekerja pada 8 bit data - cukup untuk satu "byte" atau satu karakter - pada suatu waktu. Juga, tidak seperti 4004, yang membutuhkan chip memori khusus, 1201 dirancang untuk menggunakan memori standar.

Proyek ini dimulai pada bulan Desember 1969 dengan pertemuan dengan Andrew Grove di mana Datapoint meminta chip untuk komputer 8-bit. Menurut Mazor, ia membuat tiga proposal untuk Datapoint - dua variasi pada "register stack" 8-bit dan "CPU 8-bit keseluruhan pada satu chip." Pada titik ini, Mazor dan Hoff sudah mengerjakan proyek Busicom yang akan mencakup 4004.

Pada sekitar waktu yang sama, Datapoint rupanya meminta Texas Instruments untuk desain yang sama. Dalam beberapa ceramah, Datapoint membawa skema Hoff dan Mazor ke Dallas di mana gagasan itu mulai tumbuh menjadi program pengembangan di laboratorium semikonduktor TI.

Mazor mengatakan, menurutnya sangat mungkin TI awalnya mengusulkan satu set multi-chip dan kemudian Datapoint membawa proposal Intel ke TI, jadi TI mencoba membangun sebuah chip dengan spesifikasi itu. Tetapi Mazor mengatakan chip TI tidak bisa bekerja karena spesifikasinya memiliki "cacat."

Intel merekrut Hal Feeney pada bulan Maret 1970 untuk mengerjakan desain spesifik chip, yang kemudian dikenal sebagai 1201, seperti halnya Faggin yang bekerja pada 4004; dan memang, masing-masing membantu pada proyek lainnya. Pekerjaan pada 1201 berlanjut hingga pertengahan 1970, tetapi kemudian Intel khawatir tentang apakah Datapoint benar-benar akan menggunakan chip, jadi pekerjaan dihentikan, sementara Mazor dan yang lain bekerja lebih banyak pada 4004.

Texas Instruments memiliki desain chip pada Maret 1971, yang akan menjadi beberapa bulan sebelum 4004 bekerja, dan benar-benar mengumumkan chip pada Juli 1971, beberapa bulan sebelum pengumuman 4004. Namun chip ini rupanya tidak pernah dikirimkan.

Tetapi pengumuman TI mendorong Intel, dan khususnya Grove, untuk melipatgandakan upayanya pada 1201. Pada akhirnya, Datapoint tidak menggunakan chip Intel atau TI. Sebaliknya, pada saat Intel telah menyelesaikan desain, Datapoint 2200 diperkenalkan menggunakan chip TTL konvensional.

Bahkan jika Datapoint tidak tertarik, Intel mulai melihat minat dari perusahaan lain, seperti Seiko, yang ingin membangun kalkulator ilmiah 8-bit.

Sekitar titik ini, Intel mulai berpikir lebih serius tentang penamaan. Skema penamaan asli Intel didasarkan pada berbagai jenis komponen yang dibuatnya, sehingga setiap chip dalam keluarga akan memiliki nomor yang berbeda. Faggin mengatakan dia datang dengan penamaan untuk 4000 keluarga karena lebih konsisten. Jadi setelah pengenalan 4004, departemen pemasaran mengubah 1201 ke 8008 untuk mencerminkan itu menjadi chip 8-bit, dan itulah yang disebut 8008 ketika diperkenalkan pada April 1972. 8008 menyebabkan upaya besar Intel pada pemasaran mikroprosesor dan mengarah pada penciptaan Kelompok Sistem Komputer Mikro dan penciptaan papan dan sistem pengembangan. Ini, pada gilirannya, tentu membantu memacu penciptaan sejumlah perangkat 8-bit, termasuk beberapa mesin yang merupakan mikrokomputer awal.

Siapa yang pantas mendapatkan kredit?

Selama bertahun-tahun, ada banyak perdebatan tentang 4004, tempatnya sebagai mikroprosesor pertama, dan penghargaan yang layak diterima setiap peserta.

Sejarah sirkuit terintegrasi adalah salah satu dari integrasi lebih lanjut dan lebih lanjut, sehingga gagasan bahwa Anda pada akhirnya bisa memasukkan semua fitur yang Anda inginkan ke dalam "CPU on a chip" sudah pasti mengudara pada akhir tahun 1960-an.

Intel tidak sendirian dalam mengenali kebutuhan untuk prosesor tujuan umum, karena ada terlalu banyak pelanggan yang menginginkan prosesor untuk merancang chip khusus untuk masing-masing. Kemudian Hoff dan Noyce akan menulis "Jika ini terus berlanjut… jumlah sirkuit yang dibutuhkan akan berkembang biak di luar jumlah desainer sirkuit. Pada saat yang sama, penggunaan relatif setiap sirkuit akan turun…. Peningkatan biaya desain dan berkurangnya penggunaan akan mencegah produsen dari amortisasi biaya pada populasi pengguna yang besar dan akan memotong keuntungan dari kurva pembelajaran."

"Orang-orang telah berbicara tentang komputer dalam sebuah chip selama bertahun-tahun, " kata co-founder Intel Gordon Moore, "tapi itu selalu ada di masa depan. Apa yang dilihat Ted adalah itu, dengan kerumitan yang sudah kami kerjakan, Anda sebenarnya bisa membuat sirkuit terintegrasi seperti itu sekarang. Itu adalah terobosan konseptual nyata."

Dan bahkan Ted Hoff kadang-kadang meremehkan pentingnya konsep tersebut. "Penemuan mikroprosesor yang sebenarnya tidak sepenting hanya menghargai bahwa ada pasar untuk hal seperti itu."

Tetapi ada pesaing lain untuk judul mikroprosesor pertama. Texas Instruments sebenarnya mengumumkan "CPU-on-a-chip" pada bulan April 1971, yang dirancang awalnya sebagai kontrak chip untuk Computer Terminal Corporation (kemudian Datapoint). Ini tampaknya tidak pernah berhasil, dan pada kenyataannya, Intel sedang mengerjakan sebuah chip untuk CTC dengan spesifikasi yang sama; ini dikenal sebagai 1201 dan akhirnya akan diganti nama menjadi 8008. Mungkin yang lebih penting, pada akhir 1971 Insinyur Instrumen Texas Gary Boone dan Michael Cochrane menghasilkan prototipe pertama dari sirkuit terintegrasi yang mencakup sirkuit input-output, memori, dan pusat prosesor semua dalam satu chip, berbeda dengan MCS-4 set empat chip. Dikenal sebagai TMS1000, ini awalnya digunakan dalam kalkulator TI dan menjadi tersedia secara komersial pada tahun 1974. Boone menerima paten untuk CPU-nya pada tahun 1973, dan kemudian Boone dan Cochran menerima paten untuk komputer pada sebuah chip.

Pengacara paten Intel ragu membuat klaim besar dan menolak keinginan Hoff untuk mematenkan pekerjaan itu sebagai "komputer" karena itu akan sangat rumit dan karena yang lain memiliki konsep meletakkan komputer pada sebuah chip. Menurut Hoff, "dia mengatakan mereka tidak layak dan pada dasarnya dia menolak pada saat itu untuk menulis paten." Sebaliknya, mereka mengajukan paten yang lebih spesifik dan lebih terbatas. Intel menerima dua paten: Hoff, Mazor, dan Faggin menerima satu paten di "Sistem Memori untuk Komputer Digital Multi-Chip, " yang mencakup organisasi bus eksternal dan skema pengalamatan memori dari rangkaian chip Intel MCS-4, sementara Faggin menerima satu paten untuk sirkuit yang dapat mengatur ulang CPU saat daya dihidupkan.

Bertahun-tahun kemudian, penemu Gilbert Hyatt akan diberikan paten pada mikroprosesor, yang ia ajukan pada tahun 1970, berdasarkan pada penemuan yang katanya dibuat pada tahun 1968 di perusahaannya Microcomputer Inc. Tetapi ini tampaknya tidak diproduksi. Sementara itu, Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase, dan RCA juga bekerja pada perangkat seperti mikroprosesor. Namun, 4004 hampir secara universal dianggap sebagai mikroprosesor pertama.

Di antara tim Intel, ada juga kontroversi tentang pembagian kredit. Sebagian besar pengamat menghargai keempat pria yang terlibat langsung dalam pembuatan set chip, tetapi tidak selalu seperti itu.

Faggin akan meninggalkan Intel pada akhir 1974, hanya beberapa bulan setelah pengenalan 8080, untuk memulai Zilog, membawa serta Shima dan insinyur Intel lainnya, dan dalam penuturan Faggin, ini membuat marah Andy Grove dari Intel. Malone mengutip Faggin, mengatakan, "Aku ingat dia memberitahuku, 'Kamu tidak akan pernah berhasil, tidak peduli apa yang akan kamu lakukan. Kamu tidak akan punya apa-apa untuk memberitahu anak-anak dan cucu-cucumu.' Tersirat dalam kata-kata itu adalah bahwa saya tidak akan memiliki warisan dalam semikonduktor. Bahwa saya tidak akan pernah diberi penghargaan atas apa yang saya lakukan di Intel. Rasanya seperti dia mengutuk saya."

Terlepas dari dramatis atau tidaknya, sepertinya Intel memberikan sebagian besar kredit kepada Hoff, dan itu terus berlanjut dalam banyak sejarah. Sebagai contoh, baik TR Reid di The Chip (2001, Random House Trade Paperback) dan Dirk Hansen, The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) memberikan kredit tunggal kepada Hoff, seperti halnya penulis biografi Grove Richard Tedlow. Memang, Malone mengatakan bahwa sejak saat itu, Intel memberikan semua kredit untuk mikroprosesor kepada Hoff dan tidak kepada Faggin hingga 2009 dengan pemutaran perdana The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), sebuah film dokumenter tentang pendirian Lembah Silikon.

Tetapi ada sejarah lain yang menunjukkan peran Faggin (dan orang-orang dari Shima dan Mazor, yang bahkan lebih sering diabaikan), kembali ke wawancara yang diberikan Hoff pada 1980-an. Pada tahun 1993, sebuah publikasi Intel yang merayakan ulang tahun perusahaan yang ke-25 mengkreditkan Hoff untuk solusi dan memberinya gambar hampir satu halaman penuh, tetapi Faggin diakui karena mengubah "visi Hoff menjadi realitas silikon." Pada tahun 1996, ketika kami merayakan ulang tahun mikroprosesor yang ke-25 di sebuah acara di Comdex, Intel membantu saya menghubungi keempat pencipta, yang menerima penghargaan PC Magazine Lifetime Achievement.

Memang, tampaknya penting untuk menghargai keempat lelaki itu - Hoff untuk visinya dan konsep dasarnya, Mazor untuk pemrograman dan bekerja pada diagram blok, Shima untuk menciptakan desain logika, dan Faggin untuk menciptakan desain silikon yang mengesankan untuk chip. Bersama-sama, mereka menciptakan mikroprosesor tujuan umum pertama, dan dengan melakukan itu mereka menciptakan fondasi tidak hanya untuk apa yang akan menjadi industri komputer pribadi, tetapi juga untuk sejumlah besar perangkat elektronik lainnya. Miliaran mikroprosesor secara literal dijual setiap tahun - semuanya jauh lebih kompleks daripada yang asli 4004 - dan tanpa itu, dunia elektronik modern kita menjadi tidak mungkin.