Bu çipin gelişi çip gelişiminin seyrini değiştirdi!
1970'lerin sonlarında, 8 bit işlemciler o zamanlar hala en gelişmiş teknolojiydi ve CMOS süreçleri yarı iletken alanında dezavantajlıydı. AT&T Bell Labs'daki mühendisler, çip performansında rakipleri geride bırakmak, IBM ve Intel'i geçmek için en son teknoloji 3,5 mikron CMOS üretim süreçlerini yenilikçi 32 bit işlemci mimarileriyle birleştirerek geleceğe doğru cesur bir adım attılar.
Buluşları olan Bellmac-32 mikroişlemcisi, Intel 4004 (1971'de piyasaya sürüldü) gibi önceki ürünlerin ticari başarısını elde edemese de etkisi derin oldu. Günümüzde, neredeyse tüm akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve tabletlerdeki çipler, Bellmac-32 tarafından öncülük edilen tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) prensiplerine dayanmaktadır.
1980'ler yaklaşıyordu ve AT&T kendini dönüştürmeye çalışıyordu. "Mother Bell" lakaplı telekomünikasyon devi, onlarca yıldır Amerika Birleşik Devletleri'ndeki sesli iletişim sektörüne hakimdi ve yan kuruluşu Western Electric, Amerikan evlerinde ve ofislerinde kullanılan neredeyse tüm yaygın telefonları üretiyordu. ABD federal hükümeti, AT&T'nin işinin antitröst gerekçesiyle bölünmesini istedi, ancak AT&T bilgisayar alanına girmek için bir fırsat gördü.
Bilgisayar şirketleri pazarda zaten iyice yerleşmişken, AT&T'nin yetişmesi zordu; stratejisi sıçrama yapmaktı ve Bellmac-32 onun sıçrama tahtasıydı.
Bellmac-32 çip ailesi IEEE Milestone Ödülü ile onurlandırıldı. Tanıtım törenleri bu yıl Murray Hill, New Jersey'deki Nokia Bell Labs kampüsünde ve Mountain View, California'daki Bilgisayar Tarihi Müzesi'nde yapılacak.
BENZERSİZ ÇİP
AT&T yöneticileri, 8 bitlik yongaların endüstri standardını takip etmek yerine, Bell Labs mühendislerine devrim niteliğinde bir ürün geliştirmeleri için meydan okudu: tek bir saat döngüsünde 32 bit veriyi aktarabilen ilk ticari mikroişlemci. Bu, yalnızca yeni bir yonga değil, aynı zamanda yeni bir mimari de gerektiriyordu; telekomünikasyon anahtarlamalarını idare edebilecek ve gelecekteki bilgi işlem sistemlerinin omurgasını oluşturabilecek bir mimari.
"Sadece daha hızlı bir çip inşa etmiyoruz," dedi Bell Labs'ın Holmdel, New Jersey tesisindeki mimari grubuna liderlik eden Michael Condry. "Hem sesi hem de hesaplamayı destekleyebilen bir çip tasarlamaya çalışıyoruz."
O zamanlar CMOS teknolojisi, NMOS ve PMOS tasarımlarına umut vadeden ancak riskli bir alternatif olarak görülüyordu. NMOS yongaları tamamen hızlı ancak güç açısından açgözlü olan N tipi transistörlere dayanırken, PMOS yongaları çok yavaş olan pozitif yüklü deliklerin hareketine dayanıyordu. CMOS, güç tasarrufu yaparken hızı artıran bir hibrit tasarım kullanıyordu. CMOS'un avantajları o kadar ikna ediciydi ki, endüstri kısa sürede iki kat daha fazla transistör gerektirse bile (her kapı için NMOS ve PMOS) buna değdiğini fark etti.
Moore Yasası'nın tanımladığı yarı iletken teknolojisinin hızlı gelişimiyle, transistör yoğunluğunu iki katına çıkarmanın maliyeti yönetilebilir ve sonunda ihmal edilebilir hale geldi. Ancak, Bell Labs bu yüksek riskli kumarı üstlendiğinde, büyük ölçekli CMOS üretim teknolojisi kanıtlanmamıştı ve maliyeti nispeten yüksekti.
Bu, Bell Labs'ı korkutmadı. Şirket, Holmdel, Murray Hill ve Naperville, Illinois'deki kampüslerinin uzmanlığından yararlandı ve yarı iletken mühendislerinden oluşan bir "rüya takımı" kurdu. Ekipte Condrey, çip tasarımında yükselen bir yıldız olan Steve Conn, bir başka mikroişlemci tasarımcısı olan Victor Huang ve AT&T Bell Labs'tan düzinelerce çalışan vardı. 1978'de yeni bir CMOS sürecinde ustalaşmaya başladılar ve sıfırdan 32 bitlik bir mikroişlemci inşa ettiler.
Tasarım mimarisiyle başlayın
Condrey eski bir IEEE Üyesiydi ve daha sonra Intel'in Baş Teknoloji Sorumlusu olarak görev yaptı. Liderliğini yaptığı mimari ekibi, Unix işletim sistemini ve C dilini doğal olarak destekleyen bir sistem inşa etmeye kararlıydı. O zamanlar hem Unix hem de C dili henüz emekleme aşamasındaydı ancak egemen olmaya mahkûmdular. O zamanlar kilobayt (KB) olarak belirlenen son derece değerli bellek sınırını aşmak için daha az yürütme adımı gerektiren ve görevleri bir saat döngüsü içinde tamamlayabilen karmaşık bir talimat seti tanıttılar.
Mühendisler ayrıca dağıtılmış bilgi işlem olanağı sağlayan ve birden fazla düğümün verileri paralel olarak işlemesine olanak tanıyan VersaModule Eurocard (VME) paralel veri yolunu destekleyen yongalar tasarladılar. VME uyumlu yongalar ayrıca bunların gerçek zamanlı kontrol için kullanılmasını da sağlar.
Ekip, Unix'in kendi versiyonunu yazdı ve endüstriyel otomasyon ve benzeri uygulamalarla uyumluluğu garantilemek için ona gerçek zamanlı yetenekler verdi. Bell Labs mühendisleri ayrıca, karmaşık mantık kapılarındaki gecikmeleri azaltarak işlem hızını artıran domino mantığını da icat etti.
Jen-Hsun Huang liderliğindeki karmaşık bir çok çipli doğrulama ve test projesi olan ve karmaşık çip üretiminde sıfır veya sıfıra yakın hata elde eden Bellmac-32 modülüyle ek test ve doğrulama teknikleri geliştirildi ve tanıtıldı. Bu, çok büyük ölçekli entegre devre (VLSI) testi dünyasında bir ilk oldu. Bell Labs mühendisleri sistematik bir plan geliştirdiler, meslektaşlarının çalışmalarını tekrar tekrar kontrol ettiler ve sonunda birden fazla çip ailesi arasında sorunsuz bir iş birliği elde ettiler ve bu da eksiksiz bir mikrobilgisayar sistemiyle sonuçlandı.
Şimdi sıra en zorlu kısma geliyor: çipin gerçek üretimi.
“O zamanlar, düzen, test ve yüksek verimli üretim teknolojileri çok nadirdi,” diye hatırlıyor Kang, daha sonra Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST) başkanı ve IEEE üyesi oldu. Tam çip doğrulaması için CAD araçlarının eksikliğinin ekibi büyük boyutlu Calcomp çizimleri yazdırmaya zorladığını belirtiyor. Bu şemalar, istenen çıktıyı elde etmek için transistörlerin, kabloların ve ara bağlantıların bir çip içinde nasıl düzenlenmesi gerektiğini gösteriyor. Ekip bunları bantla yere monte ederek, kenarı 6 metreden uzun dev bir kare çizim oluşturdu. Kang ve meslektaşları, kopuk bağlantılar ve üst üste binen veya uygunsuz şekilde işlenmiş ara bağlantıları arayarak her devreyi renkli kalemlerle elle çizdiler.
Fiziksel tasarım tamamlandıktan sonra ekip başka bir zorlukla karşı karşıya kaldı: üretim. Çipler Pennsylvania, Allentown'daki Western Electric tesisinde üretildi, ancak Kang verim oranının (wafer üzerindeki çiplerin performans ve kalite standartlarını karşılama yüzdesi) çok düşük olduğunu hatırlıyor.
Bu sorunu çözmek için Kang ve meslektaşları her gün New Jersey'den tesise geldiler, kolları sıvadılar ve yerleri süpürmek, test ekipmanlarını kalibre etmek gibi gereken her şeyi yaptılar, böylece yoldaşlık kurdular ve herkesi tesisin şimdiye kadar üretmeye çalıştığı en karmaşık ürünün gerçekten de burada üretilebileceğine ikna ettiler.
Kang, "Ekip oluşturma süreci sorunsuz ilerledi," dedi. "Birkaç ay sonra Western Electric, talebi aşan miktarlarda yüksek kaliteli çipler üretebildi."
Bellmac-32'nin ilk versiyonu 1980'de piyasaya sürüldü, ancak beklentileri karşılayamadı. Performans hedef frekansı 4 MHz değil, sadece 2 MHz idi. Mühendisler, o sırada kullandıkları son teknoloji Takeda Riken test ekipmanının hatalı olduğunu, prob ile test başlığı arasındaki iletim hattı etkilerinin yanlış ölçümlere neden olduğunu keşfettiler. Ölçüm hatalarını düzeltmek için bir düzeltme tablosu geliştirmek üzere Takeda Riken ekibiyle birlikte çalıştılar.
İkinci nesil Bellmac yongaları 6,2 MHz'i aşan, bazen 9 MHz'e kadar çıkan saat hızlarına sahipti. Bu o zamanlar oldukça hızlı kabul ediliyordu. IBM'in 1981'de ilk PC'sinde piyasaya sürdüğü 16 bitlik Intel 8088 işlemcisinin saat hızı yalnızca 4,77 MHz'di.
Bellmac-32 neden'ana akım haline gelmek
Bellmac-32 teknolojisi vaatlerine rağmen yaygın bir ticari kabul görmedi. Condrey'e göre AT&T, 1980'lerin sonlarında ekipman üreticisi NCR'ye bakmaya başladı ve daha sonra satın almalara yöneldi, bu da şirketin farklı çip ürün hatlarını desteklemeyi seçtiği anlamına geliyordu. O zamana kadar Bellmac-32'nin etkisi artmaya başlamıştı.
"Bellmac-32'den önce NMOS pazara hakimdi," dedi Condry. "Ancak CMOS manzarayı değiştirdi çünkü fabrikada uygulamanın daha verimli bir yolu olduğu kanıtlandı."
Zamanla bu farkındalık yarı iletken endüstrisini yeniden şekillendirdi. CMOS, masaüstü bilgisayarlar ve akıllı telefonlar gibi cihazlarda dijital devrimi güçlendirerek modern mikroişlemcilerin temeli haline geldi.
Bell Labs'ın daha önce denenmemiş bir üretim sürecini kullanarak ve tüm bir çip mimarisini kapsayarak yaptığı cesur deney, teknoloji tarihinde bir dönüm noktasıydı.
Profesör Kang'ın da dediği gibi: "Mümkün olanın ön saflarındaydık. Sadece mevcut bir yolu takip etmiyorduk, yeni bir yol açıyorduk." Daha sonra Singapur Mikroelektronik Enstitüsü'nün müdür yardımcısı olan ve aynı zamanda bir IEEE Üyesi olan Profesör Huang şunları ekliyor: "Buna sadece çip mimarisi ve tasarımı değil, aynı zamanda büyük ölçekli çip doğrulaması da dahildi - CAD kullanarak ancak günümüzün dijital simülasyon araçları veya hatta devre tahtaları (devre bileşenleri kalıcı olarak birbirine bağlanmadan önce çipler kullanılarak bir elektronik sistemin devre tasarımının kontrol edilmesinin standart yolu) olmadan."
Condry, Kang ve Huang o dönemi özlemle anıyor ve Bellmac-32 yonga ailesinin ortaya çıkmasını mümkün kılan AT&T çalışanlarının beceri ve özverisine duydukları hayranlığı dile getiriyorlar.
Gönderi zamanı: 19-May-2025