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英特爾意外的革命

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發表於 14-12-2006 01:55:31 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
轉載自 CNET:

現代電腦的成功基礎,其實多少有點是個意外。

三十年前的一個星期四,英特爾發表了 4004 微處理器,激起了一場科技的革命,因為這是第一個將可程式化電腦的重要元素整合到一個單晶片上的第一個產品。從此以後,微處理器讓製造商得以在個人電腦(PC)、升降機、氣囊、照相機、行動電話、呼叫器,鑰匙鏈,農具,以及其他各式各樣的機器裡嵌入人工智慧。

但這並不是英特爾的初衷。

4004 的產生,原本是為了要幫日本的一家製造商設計計算機零件的,這家製造商擁有了許多該晶片的原始專利。在那時候,英特爾大部份的高層主管對這個產品都不怎麼注意。

但由於精明的談判,一些歪打正著的設計決定以及機緣巧合,使得英特爾與其他個人電腦得以藉為處理器崛起並成就今日的產業巨人。

英特爾董事長安迪葛洛夫(Andy Grove)說:「我想它許了英特爾一個未來,而在前十五年我們竟然對此懵懵懂懂。」「這個事業已成為英特爾的代名詞了,然而…大概在前十年吧,我們只把它當做可有可無的事業,且覺得這類事業大概成不了什麼氣候。

當然的,過去三十年來,微處理器及微控制器(具整合式零件的嵌入式微處理器)已經變得無所不在了。根據 Mercury Research 的調查,單單在 2000 年,從工廠運送出貨的微處理器就高達 3 億 8500 萬顆,而微控制器則有64億顆。

「說微處理器對我們國家老百姓的日常生活有根本的影響並不為過。」Linley Group 的首席分析師 Linley Gwennap 說道:「在微處理器之前,電腦是種龐然大物…若沒有一整個房間那麼大,至少也有檔案櫃大小。」

晶片三重奏

4004 基本上是三個工程師的腦力結晶:Ted Hoff、Stan Mazor,以及 Federico Faggin。1969 年 4 月,日本的計算機製造商 Bucicom 聘請當時專攻記憶體的英特爾,為即將推出的五款機器開發一系列訂製的晶片。

Busicom 141-PF

Busicom 141-PF


當時此一觀念被認為是一種必然趨勢,但問題在於怎樣把它做出來。Mazor 是前快捷半導體(Fairchild Semiconductor)的工程師,就與 Hoff 合作研發設計。

就經濟的觀點來看,單晶片是相當迫切的。Busicom 的原始規格「應用到大約十六顆不同的晶片」,英特爾的投資部門 Intel Capital,其總裁 Les Vadasz 是 4004 的經理之一,他回憶道,「我們說,天啊!我們沒有這種人力。」

很有成本概念的英特爾還要求,此一計算機晶片也需適用於英特爾所生產、用於記憶體產品的 16 腳位封裝。腳位是封裝上的金屬通道,用來當作電子訊號的電路。

「我們盡可能做到不耗費太多公司資源,」Mazor 說道,「畢竟高層對它(4004)沒什麼興趣。我們會走進電腦產業多少是誤打誤撞。」

在 Hoff 和 Mazor 完成了這個概念架構之後,英特爾在 1970 年四月從快捷半導體挖角 Vadasz lured Faggin 來建構該晶片。和 Hoff 一樣的,Faggin 已經在業界享有名聲,他已經開發了「矽閘技術」(Silicon gate technology),讓設計師不必再用大而難控制的鋁電晶體閘控(aluminum transistor gates)。

矽閘技術「更小、更快、更可靠,且更便宜,那你還能要求什麼?」Faggin 說道。

時至今日,究竟誰才是成就 4004 的大功臣各方看法依然有所爭議。Mazor 認為是架構的可行才使晶片得以運作,他認為 Faggin 的功勞在於不惜耗費整晚時間測試晶片的執行效果。

但 Faggin 則認為:「只要有大學文憑的人大概都能設計指令集(instruction set)」,這也是 1971 年 Hoff 和 Mazor 的基礎部分──有些分析師也相當贊同 Faggi 這個看法。Mazor 甚至承認過,他和 Hoff 藉用了 IBM 和迪吉多(Digital)的指令集庫。至於曾經在 1970 年代和 Faggi 吵過架的 Vadasz 則將功勞歸給 Hoff,因為他提出最關鍵的創造性概念。

無論如何,合約的最後期限差點成了危機事件。在 Faggin 上任的第二天,Busicom 的一位工程師 Masatoshi Shima(正利志摩)前來檢查計畫進度。但該計畫自十二月以來就一直沒有進展,Shima 被氣炸了。

「差點就搞砸了,」Faggin 回憶道,「我整整花了一個星期的時間才讓他冷靜下來。」

不過,Busicon 還是同意延長合約,接下來 Faggin 及三個設計助理每天工作 14 個小時。和現在的設計師以高階的工作站設計電腦不一樣的是,當時 Faggin 的團隊是用薄若剃刀的 Rubylith 帶(一種紅色修色片)在畫電路圖,這種設計用膠帶如今幾乎連報紙排版廠也已很少見。

當 4004 成為首款微處理器時,英特爾的全部封裝包含了四種晶片:4001 本身是用在軟體儲存的唯讀記憶體(read-only memory,ROM)晶片;4002 是用在資料儲存的隨機存取記憶體(random access memory,RAM)晶片;4003 則是一個輸出輸入裝置(input-output,I/O)。而到十月時,4001 的工程樣本問世──這也是個里呈碑。

4004

4004


「在這之前,我壓力很大,因為不知道是否會有任何意外狀況出現。」Faggin 說道。

雖然有了早期的成功,但是最早一批問世的 4004 晶片終究還是無法運作───用顯微鏡一看就知道製造團隊漏掉了一個重要步驟。Faggin 想到這段時還哈哈大笑。

雖然再三延遲讓 Busicom 非常生氣,但不斷延遲也間接扭轉了英特爾的命運。英特爾內部的一些人士開始看到這項發明背後的力量。

例如,英特爾的創辦人 Bob Noyce 就開始探詢 4004 是否有更廣的用途,Vadasz 回憶道。

同時,計算機事業也開始變得血本無歸。在英特爾完成 4004 晶片後,Busicom 要求給予折扣優惠。英特爾則回覆:若 Busicom 能夠授權英特爾在計算機以外的市場銷售該晶片,英特爾願意給予超低的折扣優惠。Busicom 同意了。

但…

五味雜陳

「電子新聞」(ElectronicNews)裡一篇文章報導了4004的發表:它可一次處理四位元的資料,時脈為 108KHz(KHz為1MHz的十分之一),能夠執行數學計算,它的成本低於 100 美元。英特爾當時的執行長 Gordon Moore 說這是「人類有史以來最革命性的產品之一」。

其他人可就沒那麼興奮了。「這很有趣,但還不具威脅性。」那時候在迷你電腦界龍頭迪吉多(Digital Equipment Corp.,DEC)工作的一位處理器分析師 Nathan Brookwood 表示。

幾年之後,許多人還是沒有看出此一觀念的箇中玄機。1975 年,一位 DEC 的工程師告訴 Brookwood 說,英特爾「絕不會是個威脅…這是自 1970 年代中、末期迷你電腦產業的普遍看法。」

1972 年 4 月,英特爾發表了 8008 晶片,能夠以八位元的方式處理資料,談判結果再次讓英特爾得利。

8008

8008


8008 的晶片是為 Datapoint 所設計,但這家於德州的終端機製造商最後卻付不出錢。為了達成和解,Datapoint 同意將晶片版權授予英特爾,包括了 Datapoint 自行開發的指令集。這些指令集後來即是英特爾現今 X86 架構下的基礎。

「諷刺的是,原始的指令集是他們的,原始動機也是他們的。」Mazor 說道。

許多人認為,微處理器的突破性發展是使於 1974 年的 8080 處理器。這款晶片的特色不只有更複雜的指令集,而且是用 40pins 的封裝,這兩樣發明大大擴展了它的能力。「在四位元的處理器裡,複雜性相當有限。」Mercury Research 首席分析師 Dean McCarron 表示,「8080 則是個全壘打。」

8080

8080


為什麼是英特爾?

到這此一階段競爭已經開始出現,RCA、Honeywell,以及快捷半導體也都有微處理器推出,其中有許多也都提供更好的效能,像 Motorola 的 6800 家族。而 Zilog 的 Z80 處理器也相當受到市場佳評(其工程師陣容包括 Faggin 及 Busicom 的前工程師 Shima)。到底英特爾是怎樣從中掘起的?

6800

6800

z80

z80


首先,英特爾努力盡量簡化產品在採用上的困難度。除了晶片外,英特爾也販賣完整的開發系統給產業設計師來培養軟體的開發。「就某個觀點來看,我們因此一計畫而擁有第一台個人電腦,但我們沒有善加利用此一機會。」Vadasz 表示,「而隨著個人電腦的興起,此一事業也跟著消失了。」

競爭者還錯估了需求,例如,美國國家半導體在八位元的世界裡推銷十六位元的晶片,Mazor 回憶道:「大家都作錯方向了,但又作得很賣力。」

但更重要的,IBM 在 1981 年選擇了 8088 做第一台個人電腦。IBM 有兩個個人電腦的計畫:一在德州奧斯汀,一個在佛羅里達州。奧斯汀的計畫用了 Motorola 的處理器,但因為延期而使得 IBM 選上佛州的計畫。

IBM PC

IBM PC

8088

8088


「決不可小看 IBM 這筆生意的重要性。」McCarron 說道,「如果不是這筆生意,今天我們在談的可就就是 Motorola 對 AMD 了。」

如果這還不夠重要的話,在早期幾年最後的一個轉折裡,IBM 要求英特爾必須找到該晶片的第二來源。英特爾於是找上了 AMD,並簽下了授權協定,間接替自己製造了一位當今最主要的競爭對手。

對於刻正在研發下一代處理器的廠商來說,摩爾定律已經快變成摩爾的咒詛了。

根據英特爾共同創辦人 Gordon Moore 的觀察,晶片上的電晶體數量大約 18 至 24 個月就會增加一倍,這也就是著名的摩爾定律,並成了數十年來科技產業的鐵律,而此一現象也讓晶片設計師得以逐漸在矽晶片上加入新功能。

但晶片設計師卻開始挑戰物理定律。十年後,晶片時脈將達到 30GHz,每秒動輒跑上千百兆動作。以目前的設計技術來說,屆時這些晶片散發的熱量將相當於一座核能發電廠。

要設限電力可不是件容易的事,電晶體縮小了,製程也變得更複雜。若要延續既有的軌道則需有多項變革,包括多核心晶片、可將電力傳送至處理器底層的微電資源與取代/強化矽原料的全新化學材質。
發表於 14-12-2006 03:07:40 | 顯示全部樓層

Intel 4004 微處理器

許多人認為,微處理器的突破性發展是使於 1974 年的 8080 處理器
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發表於 14-12-2006 03:14:02 | 顯示全部樓層

Intel 4004 微處理器

到這此一階段競爭已經開始出現,RCA、Honeywell,以及快捷半導體也都有微處理器推出,其中有許多也都提供更好的效能,像 Motorola 的 6800 家族。
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