Jak Zelenograd přišel na myšlenku kopírování mikroobvodů, proč nezačali vyvíjet svůj vlastní, domácí?
První klony
Je to velmi jednoduché. Jak si pamatujeme, v NII -35 seděl v teplé pozici náčelníka jistý BV Malin, jehož veškerá velikost jako konstruktéra spočívala v jeho otci - VN Malinovi, vedoucím generálního oddělení ÚV KSSS. Shokin přirozeně miloval a respektoval tolik užitečného člověka. A jak si pamatujeme, Malin byl mezi těmi šťastlivci, kteří se ve Spojených státech prohnali stranickou linkou na stáž v oblasti mikroelektroniky.
Trénovali do roku 1962 a rádi by pokračovali alespoň do roku 1970, ale kubánská raketová krize a stavba Berlínské zdi se staly. A vztahy mezi SSSR a USA byly zcela zničeny. Malin si přivezl suvenýr ze služební cesty - dostal šest vzácných TI SN510. Jelikož zelenogradské středisko již bylo založeno a bylo nutné rychle něco začít vyrábět (a designéři ze stranických bossů se nějak moc nepovedli), Malin jednoduše ukázal Shokinovi vzorky a on nařídil je okamžitě zkopírovat.
Pojďme dát slovo samotnému Malinovi. Zde je citát z jeho osobní zprávy Shokinovi o výsledcích cesty:
Poslechl zprávu, podíval se na diagram mikroskopem a řekl: reprodukovat bez jakýchkoli odchylek, dávám vám období tří měsíců.
V mládí jsem to nevydržel a smál se.
- Proč se směješ, vyřadili jsme se z tempa tam v Americe? Já, člen ústředního výboru, jsem řekl: reprodukovat znamená reprodukovat! A vy, abyste se nesmáli, budete mým hlavním designérem a budete se mi každý měsíc hlásit v představenstvu.
Poté, co se A. I. Shokin trochu zamyslel, se přesto zeptal - kolik si myslíte, že potřebujete?
Odpověděli jsme, že potřebujeme tři roky …
Provozní schémata z NII-35 byla předvedena Shokinovi v roce 1965 …
Sériová výroba byla zvládnuta v roce 1967.
Kromě zcela typické despotické hrubosti charakteristické pro všechny typy sovětských bossů (nerozumím tématu, ale člen ústředního výboru!), Vidíme také jejich typické nepochopení předmětné oblasti. Sériová výroba v malých dávkách v roce 1967 kopií amerických mikroobvodů, vydaná v roce 1962 a zastaralá o pět let … Byl to verdikt o celé domácí elektronice, od té chvíle jsme se navždy stali outsidery, a to je s plnou příležitostí rozvíjet nezávislý vývoj! Malin (z nějakého důvodu hrdě) vzpomíná:
Od roku 1959 byl vývoj domácích křemíkových integrovaných obvodů ve skutečnosti nepřetržitým procesem konkurenčního korespondenčního boje s Jackem Kilbym. Koncepty opakování a kopírování amerických technologických zkušeností - metody takzvaného „reverzního inženýrství“IEP, byly účinné. Vzorky prototypů a výrobní vzorky křemíkových integrovaných obvodů pro reprodukci byly získány ze Spojených států a jejich kopírování bylo přísně regulováno nařízeními ministerstva pro hospodářský rozvoj (ministr Shokin). Koncept kopírování byl ministrem přísně kontrolován více než 19 let, během nichž autor až do roku 1974 pracoval v systému MEP.
Zatloukání hřebíků do víka rakve tuzemské mikroelektroniky v letech 1962 až 1974 v podobě skutečné krádeže amerických IO zastaralých let „vedoucího inženýra“v nejmenším nerozčiluje.
Prvním klonem vyrobeným v závodě Fryazinsky podle projektu NII-35 byl TS-100-úplný analog TI SN510 (planární křemíková technologie). Jak již bylo řečeno, vydání nebylo snadné:
… na řešení tohoto problému pracoval tým 250 lidí z vědeckého a technologického oddělení NII-35 a experimentální dílny, speciálně vytvořené na katedře.
A to je u stávající a fungující technologie Osokina! Závod RZPP bohužel neměl takovou politickou váhu a tak silné patrony.
Malin měl nejen blízko k Shokinovi, úzce komunikoval s předsedou vojensko-průmyslového komplexu Smirnov, prezidentem Akademie věd Keldyshem a Kosyginem, který nahradil Mikojana jako předsedu Rady ministrů SSSR, který ve skutečnosti vládl země souběžně s Chruščovem. Obyvatelé Rigy přirozeně neměli nejmenší šanci něco v podmínkách tak těžké soutěže rozvinout.
Kromě toho jsme si nezapomněli půjčit moduly SLT, ztělesněné ve slavné sérii GIS „Path“, která byla v ES EVM používána až do poloviny 70. let minulého století. Bohužel pro fanoušky kopírování se SLT objevily poté, co se stáž sovětských specialistů ve Spojených státech stala z politických důvodů nemožná a Američanům by ani ve snu nenapadlo prodat v SSSR žijící mainframe S / 360 v noční můře. Výsledkem je, že inženýři dokázali skutečný výkon kopírováním GIS bez zdrojů, doslova z fotografií. Zde je to, co o tom říká první ředitel Zelenogradu NIITT VS Sergeev:
V této oblasti neexistovaly žádné technické materiály a literatura, měli jsme pouze fotografii mikroobvodů vyrobených společností IBM. Technologie výroby odporových, vodivých a izolačních past byla v zahraničí obzvlášť utajena. Začali jsme všechny práce od nuly: vývoj designu, materiálů, technologií a vybavení …
Již od prvních dnů existence podniku byla kromě práce přímo pomocí technologie GIS prováděna významná práce na vytváření a používání skla, keramiky, polymerů, lepidel, izolačních materiálů, galvanických procesů, svařování, pájení, získávání přesnosti nástroje (razítka, formy), chemické frézování, vícevrstvé polymerové a keramické desky a mnoho dalších procesů vyžadovaných v perspektivě vývoje technologie …
Prototypy byly připraveny do roku 1964, ale výroba byla zahájena až v roce 1967 a poslední známé vzorky pocházejí z … 1991 (!).
Série se skládala z GIS 201LB1 (později K2LB012, prvek NOT), K201LB4 (dva prvky NOT a dva 2OR-NOT), 201LB5 (později K201LB6 a 201LB7, pět prvků NOT), 201LS1 (dva prvky 2OR) a K2NT011 (později K201NT1 a K201NT2, sestava čtyř npn tranzistorů). Jako kuriózní zmínka o této sérii v dnešním životě - jednotná tarifní a kvalifikační příručka prací a profesí pracovníků z roku 2007 (!), Profese „Retušér přesné fotolitografie. 4. kategorie :
Příklady práce: Negativy a průhlednosti mikroobvodů typu „Path“, odstranění všech vad.
Všimněte si toho, že sovětský průmysl si nedělal starosti s nasycením civilního trhu mikroelektronikou, od slova to vůbec nebylo o mikroobvodech - dokonce ani mikro -sestavy nebyly ani příjemné. Mnoho podniků bylo nuceno zvládnout svůj vývoj a výrobu samostatně, pro konkrétní produkty, a to pokračovalo nejen po dlouhou dobu, ale po velmi dlouhou dobu. Například v roce 1993 vyráběla továrna na výrobu nástrojů v Minsku sérii osciloskopů S1-114 / 1 pro GIS vlastní konstrukce a tyto GIS samy, monstrózně, nepředstavitelně zastaralé, byly ukončeny až v roce 2000!
Podle vzpomínek lidí, kteří nemají s vojenskou technikou nic společného, byli na počátku 90. let ve vzdělávacích a výrobních závodech nuceni rozeznávat typy lamp podle jejich charakteristických rysů (existoval dokonce standard - identifikovat podle dva metry).
Vydání mikrosestav mělo zaplnit celkový nedostatek skutečných integrovaných obvodů, které v 99% případů směřovaly do vojenského průmyslu a rozcházely se do několika výzkumných ústavů. Na mikrosestavách vyráběli domácí spotřebiče nejvyšší třídy (nejnižší na lampách) - například „elitní“rádia „Eaglet“, „Cosmos“a „Rubin“.
V domácích spotřebičích se kopírovaly nejen komponenty, ale od počátku padesátých let se stalo tradicí nemrhat časem maličkostmi, ale ukrást celý produkt jako celek za předpokladu, že to naše úroveň technologie umožňovala kopírovat. Například v roce 1954 se objevilo ohromující rádio Zvezda-54. Média popsala tuto událost jako obrovský sovětský průlom v designu designu a nejnovější módě, ve skutečnosti to byla absolutní kopie francouzského Excelsior-52. Není přesně stanoveno, jak se prototyp dostal k IRPA (Institut rozhlasového vysílání a akustiky). Podle některých zpráv to přinesli diplomaté, podle jiných to bylo speciálně zakoupeno pro kopírování.
Vyskytl se také problém s tranzistorovými přijímači-jeden z prvních sovětských, „Leningrad“, byl vytvořen na základě 1957 Trans-Oceanic Royal-1000 vyráběného americkou společností Zenith, zatímco byl vyráběn v malé sérii, a montáž byla ruční.
A nakonec mezi rozšířené mýty lze také zmínit skutečnost, že údajně prvním funkčně úplným produktem spotřební mikroelektroniky na světě byl samotný sovětský rozhlasový přijímač „Micro“- první produkt vyrobený Zelenogradem v roce 1964.
Navíc stále přetrvávají zvěsti, že Chruščov tyto přijímače rozdal vůdcům cizích států a ti v šoku hovořili v duchu „jak nás SSSR dokázal předběhnout“. Ve skutečnosti z integrované technologie v „Micro“byla jen naprášená deska, polovodiče byly diskrétní. Na desku sedací soupravy bylo pomocí speciálních šablon naneseno šest vrstev různých materiálů, které tvořily pouze pasivní části (navíc pouze kapacitní). Tranzistory v přijímači byly obyčejné diskrétní a jednoduše připájené na desku, což je na otevřeném zařízení dobře vidět.
Výsledkem je, že místo mýtických „integrovaných obvodů s prvním filmem na světě“získáme konvenční desku s tištěnými spoji, jen ne tradičně leptanou, ale s vakuovým nanášením a v několika vrstvách - žádné zázraky. Přijímače založené na diskrétních tranzistorech do roku 1965 v USA se vyráběly v desítkách typů (od roku 1956 - jedním z prvních na světě byl admirálský tranzistor) několik let a evidentně nemohli nikoho zasáhnout (bylo jich také obrovské množství) z nich v Japonsku a Evropě).
Nejcharakterističtější pro tuto dobu je jedinečný dokument, jeden z mála, který přežil a je široce dostupný - „Doporučení pro vytváření uzlů a bloků na pevných diagramech“, vydaných pro jeden z Voroněžských výzkumných ústavů v roce 1964 v rámci určitého „řádu 1168“:
… Složení komponent a jejich parametry pro tři základní krystaly 51, 52 a 53 společnosti Texas Instruments, jejichž analogy jsou naplánovány na reprodukci v SSSR: komponenty základního krystalu 51. řady… tranzistor A417 nebo A400B (analogový 2N706A, 2N582), dioda B14A nebo B14B (analogový 1N914) …
Následuje velká tabulka parametrů mikroobvodů, u nichž se uvažuje o možné reprodukci-téměř všechno se plánuje odcizení, od video zesilovače Fairchild MA704 a dvoustupňového obvodu Darlington Westinghouse WM1110 až po spoušť Motorola MK302G a spoušť 2OR-NOT Sylvania Logická brána SNG2! Následuje asi 10 stran schematických diagramů a popisů řady TI SN5xx, doplněných o pokyny pro návrh IC.
V důsledku aplikace těchto důmyslných metod na vývoj domácí elektroniky do roku 1970 v zemi nezůstal žádný původní vývoj, kromě Osokinova germania IC - vše, co bylo možné kopírovat: od obrovských krystalů základní matice po bezvýznamné posuvné registry.
Je také zábavné, že primitivní technologie hybridních filmů byla v SSSR extrémně populární, i když zbytek světa již dlouhou dobu přešel na IP. Faktem je, že na sovětské úrovni technologického rozvoje bylo velmi obtížné vytvořit schémata alespoň střední integrace, v důsledku čehož byly civilní produkty shromažďovány na příšerách, jako je 230. řada. Jedná se o skutečné integrované obvody, vyráběné spíše jako „makroobvod“: hybridní design, vícevrstvá technologie silných filmů, z nichž každý obsahuje až 40 logických prvků typu TTL, tvořících buď čítače, nebo registry, nebo vyvažovací zařízení.
Konstrukce série je velmi neobvyklá - vícevrstvá odlamovací deska s pravidelnou strukturou a vnitřním uchycením na flip -chip. Monstra typu K2IE301B (primitivní čtyřciferný čítač, ale větší než krabička od sirek) se u nás vyráběla až do devadesátých let minulého století, ale nyní jsou předmětem lovu sběratelů mikroobvodů po celém světě, jako kosti fosilních mamutů.
Úroveň ruské mikroelektroniky těch let je dobře charakterizována ne nadšenými vzpomínkami na vlastence založenými na mýtech ve stylu knihy „50 let sovětské mikroelektroniky“:
Od doby, kdy se objevily první integrované obvody, uplynulo jen asi 20 let a výsledky byly fantastické …
A docela objektivní (protože pro vrcholové vedení přijímající strategická rozhodnutí na základě těchto dokumentů) nedávno odtajněná CIA podává zprávy o analýze domácího průmyslu (SSSR se snaží vybudovat pokročilý polovodičový průmysl s embargovaným západním strojním zařízením). Jedna ze zpráv, připravená v roce 1972, se zaměřila na úspěchy Unie při výrobě integrovaných obvodů. V roce 1999 byl tento dokument odtajněn a později publikován v online knihovně agentury. Zde je několik úryvků z něj:
… Laboratorní analýza dostupných vzorků, provedená v USA, odhalila, že jejich design je poměrně primitivní a kvalita je většinou špatná. Vzorky jsou zjevně horší než jejich protějšky vyrobené v USA. I výrobky z roku 1971 s továrním značením se zdají být prototypy … O dostupnosti komerčních zařízení v SSSR, která by používala integrované obvody, není nic známo … Pokud by Unie vytvořila rozsáhlý a životaschopný průmysl mikroobvodů, pak její zájem je také záhadou pro velké nákupy zařízení a technologií ze Západu na výrobu těchto produktů … SSSR obdržel planární křemíkovou technologii příliš pozdě a vzhledem k neustálým potížím s výrobou počátečního křemíkového materiálu v dostatečném množství, výroba mikroobvody v Unii přesto začaly docela nedávno a ve velmi malých objemech … V roce 1968 unie nabízela zpracovaný křemík k prodeji v Evropě, nicméně společnosti, které jej koupily, si stěžovaly na špatnou kvalitu tohoto materiálu.
Agent CIA (jeho jméno je odstraněno ze zprávy), který navštívil závod v Brjansku, napsal:
… Výrobní technologie zaostávají za technologiemi používanými v USA o 5-10 let. Západní zařízení je v továrně široce používáno. Zdá se, že některé z produktů v závěrečném testování nesou ochrannou známku významného amerického výrobce integrovaných obvodů, ačkoli agent nebyl schopen tyto vzorky zblízka prozkoumat, aby toto podezření potvrdil.
Objemy výroby v závodě v Leningradě byly vyhodnoceny jako výrazně nižší než v Brjansku. Stejný nebo jiný zpravodajský agent USA, který navštívil závod Svetlana v roce 1972, citoval méně než 100 000 vysokofrekvenčních tranzistorů za měsíc a poznamenal, že závod také používá nějaké západní vybavení.
Zpráva také konstatuje, že produktivita produktů vyrobených v tomto závodě je nižší než ta, kterou před třemi lety pro tento typ integrovaných obvodů deklaroval SSSR. V důsledku své návštěvy závodu ve Voroněži agent zaznamenal přítomnost velkého počtu difúzních pecí na tomto místě - asi 80 kusů, ve skutečnosti však v době jeho návštěvy bylo skutečně použito jen asi 20 z nich. Současně v závodě nebylo mnoho zařízení pro drátové termokompresní svařování. Pro srovnání, v roce 1971 bylo ve Spojených státech vyrobeno více než 400 milionů integrovaných obvodů, uvádí CIA data.
Ve stejné době měl slavný koordinační výbor pro mnohostranné kontroly vývozu (CoCom), vytvořený v roce 1949 a odtajněný v roce 1953, určený k řízení oběhu nebezpečných technologií, zabránit sovětské hrozbě pro svět a účinně omezit vojenský potenciál SSSR, zbavit jej přístupu ke všem novým technologiím, které by mohly být použity pro vojenské účely. Pamatujeme si však, že SSSR neměl prakticky žádné cíle, kromě armády, a vše, co vyvinulo, bylo z 99% ve vojensko-průmyslovém komplexu, respektive CoKom zablokoval přístup k téměř všem pokročilým světovým technologiím.
Překvapivě to fungovalo extrémně efektivně-například jsme nemohli koupit ani ukrást skutečný CDC 7600 (byl hřích nahradit jej BESM-6) a nemohli jsme získat živý Cray-1 (což v budoucnu bylo plánuje být vydán jako BESM-10).
Skutečný problém byl ale jiný - od začátku šedesátých let jsme si zvykli na kopírování západních integrovaných obvodů, a proto bylo životně důležité kopírovat jejich výrobní linky. Právě tady na nás čekala záloha - pro Zelenograd, jak si pamatujeme, se nám podařilo koupit něco jiného od Japonců, Finů a Švýcarů (ani za měnu, ale přímo za zlato), ale od poloviny 60. let tento tok začal rychle vyschnout. Téměř žádná společnost - výrobce přesných zařízení pro fotolitografii, nechtěla spadat pod sankce 17 států najednou a riskovala ztrátu celého svého podnikání kvůli nevýznamnému zisku v SSSR, zejména proto, že kompletní výrobní linka s materiály a dokumentace je netriviální předmět pro pašování.
Výsledkem je, že bez obráběcích strojů neexistuje IP a měli jsme jen tři způsoby, z nichž každý měl svá vlastní úskalí - pracovat do konce 80. let na zařízení v roce 1963 (oni to dokázali), zkusit vyvinout vlastní (např. dlouhou dobu a ne vždy úspěšně) nebo získat alespoň něco prostřednictvím neutrálních zemí, jako je Švýcarsko. Poslední řeka rychle vyschla k potoku, i když se například koncem 80. let ukázalo, že Toshiba Machine Company v letech 1982 až 1984 obcházela zákazy a nezákonně zásobovala SSSR zařízení pro přesné zpracování ponorkových vrtulí. Nebýt kolapsu Sovětů a změkčení politiky Výboru, mohl by tento příběh pro ni skončit velmi smutně.
Poté jsou pasáže ruského historika elektroniky, opakovaně zmiňované v těchto článcích, Borise Malaševiče, považovány za jakýsi zvrácený ironický projev:
Pak byly na světě tři země, které vyráběly, řekněme, fotolitografické vybavení: USA, Japonsko a Sovětský svaz. Toto je nejpřesnější zařízení mezi všemi technickými zařízeními: úroveň technologie v mikroelektronice závisí na úrovni fotolitografie … Je třeba si uvědomit, že navzdory všem problémům, které naše země zažila, pouze Sovětský svaz měl jedinou soběstačnou elektroniku ve světě. Ve kterém všechno mělo své a které samo vyrábělo celou škálu elektronických produktů od rádiových elektronek po VLSI. A měla vlastní materiálovou vědu, vlastní strojírenství - všechno bylo její vlastní.
Obecně bylo s čipy vše jasné.
Nyní nám zbývá mluvit o sovětských mikroprocesorech a bezpečně dokončit téma vývoje sovětské mikroelektroniky.
Vývoj
Pro pochopení dalšího textu uveďme, že mikroprocesory se vyvinuly následujícím způsobem.
První generace mikroobvodů, vyvinutá v letech 1962-1963, byla čipy s nízkou integrací. To znamenalo, že každý mikroobvod obsahoval pouze nejzákladnější logická hradla - například prvky 2I -NOT.
Jakýkoli procesor (zdůrazňujeme, že to nemusí být nutně mikroprocesor!) Obsahuje tři hlavní komponenty (přirozeně v moderních čipech to zdaleka nejsou tak elementární jednotky jako v šedesátých letech minulého století; nyní je například ALU chápáno jako integrální prvek s registry vlastního firmwaru atd.).
První je aritmetická logická jednotka neboli ALU, navržená k provádění (obvykle) jen několika základních operací - sčítání a logické AND, NEBO NE. Tradiční ALU neobsahovaly obvody pro odčítání hardwaru a nebyly potřeba, odčítání je nahrazeno zpravidla sčítáním se záporným číslem. ALU přirozeně neobsahovaly bloky hardwarového násobení, dělení, vektorových a maticových operací. ALU také pracovalo pouze s celými čísly, před přijetím standardu IEEE 754 - 1985 zbývalo ještě 20 let, takže absolutně každý výrobce počítačů implementoval skutečnou aritmetiku nezávisle, do té míry, do jaké byl zvrácen.
Pokud jste byli programátory v šedesátých letech, skutečná aritmetika vás mohla zbláznit. Neexistoval jediný standard pro reprezentaci čísel, pro zaokrouhlování nebo pro operace s nimi, v důsledku toho byly programy prakticky nepřenosné. Navíc různé stroje měly své vlastní zvláštnosti v realizacích reálných čísel a rozhodně musely být známy a brány v úvahu. Na některých platformách byla určitá čísla nulová pro srovnání, ale ne pro sčítání a odčítání, v důsledku toho pro bezpečný provoz museli nejprve vynásobit 1,0 a poté porovnat s nulou.
Na jiných platformách stejný trik způsobil okamžitou nedoloženou chybu doběhu, přestože nedošlo k žádnému skutečnému překročení. Některé počítače při pokusu o provedení takové operace zahodily poslední 4 významné bity, většina strojů vrátila nulový výsledek pro rozdíl mezi X a Y, pokud byly X a Y malé, i když nebyly stejné, a některé mohly najednou získat nulu, i v případě obrovského rozdílu mezi nimi, kdyby se jen jedno číslo blížilo nule. V důsledku toho se operace „X = Y“a „X - Y = 0“srazily a vedly k překvapivým chybám. Například na superpočítačích Cray, aby se tomu zabránilo, před každým násobením a dělením bylo provedeno přeřazení „X = (X - X) + X“. Anarchie mezi skutečnou aritmetikou pokračovala až do roku 1985, kdy byl konečně přijat moderní standard s plovoucí desetinnou čárkou.
Druhou důležitou součástí procesoru byly registry, které měly ukládat zpracovávaná čísla a provádět na nich posunové operace.
Konečně třetí nejdůležitější komponentou bylo řídicí zařízení - dekodér strojních instrukcí pocházejících z RAM, zahajující provádění určitých funkcí ALU přes čísla v registrech.
Řídicí zařízení se lišila složitostí, šířkou bitů a typy instrukcí, které dokázaly dekódovat, čím složitější a pomalejší UU, tím snazší a pohodlnější bylo psaní kódu, protože mohl podporovat širokou škálu složitých příkazů, což usnadnilo život pro programátory. UU měla obvykle samostatný firmware, ve kterém byl seznam podporovaných příkazů, a bylo možné v určitých mezích změnit schopnosti procesoru změnou čipů s tímto firmwarem, tento koncept se nazýval mikroprogramování. Obsah firmwaru tvořil příkazový systém tohoto procesoru, je zřejmé, že příkazové systémy různých strojů nebyly navzájem kompatibilní.
V případě nízké integrace byly všechny tyto komponenty implementovány zpravidla na několika deskách a procesorem byla krabice obsahující desítky takových desek s několika stovkami mikroobvodů. Již v roce 1964 se však objevily čipy střední integrace, řada Texas Instruments SN7400. V roce 1970 se v řadě objevila první plnohodnotná ALU, 4bitový mikroobvod 74181, který bylo možné zapojit paralelně a získat tak 8, 16 a dokonce 32bitové počítače (tzv. Bit-slice ALU).
Střední integrační čipy obsahovaly několik stovek tranzistorů, na rozdíl od několika desítek v předchozí generaci. TI SN74181 našel široké uplatnění a stal se jedním z nejslavnějších čipů v historii, zejména na něm byly sestaveny procesory raných počítačů Data General NOVA a některých řad DEC PDP-11 (sestavili pro ně také periferní procesory, pro příklad KMC11 a jejich implementace skutečné aritmetiky-slavný FPP-12), Xerox Alto, ze kterého Steve Jobs vytrhl myšlenku myši a grafického rozhraní, první DEC VAX (model VAX-11/780), Wang 2200, Texas Instruments TI-990, Honeywell option 1100 Je vědecký koprocesor pro jejich hlavní počítače H200 / H2000 a mnoho dalších strojů.
Čipy střední integrace díky své neuvěřitelné lacnosti a jednoduchosti vydržely na trhu až do 80. let 20. století, i když se již objevily mikroprocesorové systémy. K sestavení procesoru byly obvykle zapotřebí 1–2 desky a několik desítek mikroobvodů.
Koncem šedesátých let dosáhl pokrok fotolitografie úrovně několika tisíc logických bran na čip a objevila se velká integrační schémata. Obvykle obsahovaly ALU se všemi svazky a registry, což umožňovalo sestavit procesor z pouhých 2–10 čipů. Takzvaný BSP (procesor bit-slice, termín nemá zavedený překlad, se obvykle říká „sekční“).
Myšlenkou BSP bylo spojit paralelně výkonné čipy obsahující všechny potřebné součásti (pouze UU bylo vyrobeno samostatně), a tedy shromáždit dlouhý procesor z malých bitových mikroobvodů (existovaly varianty až 64 bitů!). BSP bylo vyrobeno mnoha, včetně National Semiconductor (IMP, 1973), Intel (3000, 1974), AMD (Am2900, 1975), Texas Instruments (SBP0400, 1975), Signetics (8X02, 1977), Motorola (M10800, 1979) a mnoho dalších. Vrcholem vývoje byly 16bitové AMD Am29100 a Synopsys 49C402, vyráběné do poloviny 80. let, a monstrózní 32bitové AMD Am29300, vydané v roce 1985.
BSP má tři velmi významné výhody.
První z nich je, že ALU lze použít v horizontálních konfiguracích ke stavbě počítačů, které dokážou zpracovat velmi velká data v jediném hodinovém cyklu.
Druhou výhodou BSP je, že dvoučipový design umožňoval logiku ECL, která je velmi rychlá, ale zabírá mnoho místa a odvádí mnoho tepla. Počáteční čipy MOS, jako PMOS nebo NMOS, byly původně považovány za procesory pro kalkulačky a terminály, protože jejich rychlost byla výrazně nižší než logika ECL, pouze se předpokládalo, že jsou vhodné pro stavbu seriózních počítačů. Teprve poté, co vynález procesorů CMOS získal vzhled, jaký mají nyní, předtím show ovládly sekční čipy ECL. Před CMOS se věřilo, že je obecně nemožné vytvořit jednočipový procesor s přijatelným výkonem.
Třetí výhodou BSP byla možnost vytvářet vlastní sady instrukcí, které bylo možné vytvořit za účelem emulace nebo vylepšení stávajících procesorů, jako jsou 6502 nebo 8080, nebo vytvořit jedinečnou sadu instrukcí speciálně přizpůsobenou tak, aby maximalizovala výkon konkrétní aplikace. Díky kombinaci rychlosti a flexibility je BSP velmi populární architekturou.
Otec mikroprocesoru
Nakonec si promluvme o tom, kdo vytvořil první mikroprocesor.
V krátkém časovém období mezi lety 1968 a 1971 bylo na jeho roli představeno několik kandidátů, většina z nich byla dlouho zapomenuta. Ve skutečnosti myšlenka vytvoření mikroprocesoru nebyla ani zdaleka tak revoluční jako tranzistor nebo dokonce planární proces. Doslova to bylo ve vzduchu a tři roky přistupovalo obrovské množství vývojářů tak či onak k jednočipové implementaci počítače.
Přesně řečeno, otázka „kdo vynalezl mikroprocesor“nedává smysl, kromě čistě legální. Na konci šedesátých let bylo zřejmé, že procesor bude nakonec umístěn na jediném čipu, a bylo jen otázkou času, kdy se hustota čipů MOS zvýší natolik, aby to bylo praktické. Ve skutečnosti mikroprocesor nebyl revolucí, jen přišel v době, kdy se vylepšení MOS a marketingové potřeby vyplatily.
Neexistuje žádná oficiální definice mikroprocesoru.
Různé zdroje jej popisují od jednoho čipu po vícečipový ALU. Mikroprocesor je v zásadě marketingový termín založený na potřebě společnosti Intel a Texas Instruments označit své nové produkty.
Pokud by bylo nutné vybrat jednoho otce koncepce mikroprocesoru, Lee Boysel by byl. Při práci ve Fairchildu přišel s nápadem počítače založeného na obvodu MOS a také stávajících komponent - ROM (vynalezen v roce 1966) a DRAM (vznik v roce 1968). Jako výsledek, on nejprve publikoval několik vlivných článků na MOS čipy, stejně jako manifest z roku 1967 vysvětlující, jak by MOS mohl být použit k sestavení počítače srovnatelného s IBM 360.
Boysel opustil Fairchild a v říjnu 1968 založil Four-Phase Systems pro stavbu svého systému MOS, v roce 1970 předvedl System / IV, výkonný 24bitový počítač. Procesor použil 9 mikroobvodů: tři 8bitové ALU AL1, tři ROM pro mikrokód a tři mikroobvody řídicího zařízení postavené na nepravidelné logice (random logic (RL)-metoda implementace kombinatorických obvodů syntézou podle popisu na vysoké úrovni), a protože syntéza probíhá automaticky, pak se uspořádání prvků a jejich sloučenin na první pohled zdá být libovolné, téměř všechna moderní řídicí zařízení jsou syntetizována metodou RL). Čipová sada se prodávala velmi dobře a Four-Phase se dostala do žebříčku Fortune 1000, než byla v roce 1981 převzata Motorola. AL1 však nemohl fungovat v režimu jednoho čipu a potřeboval externí ovladač a ROM s mikrokódem.
Další téměř zapomenutou společností byl Viatron, založený v roce 1967, a již v roce 1968 představili svůj System 21, 16bitový na vlastních MOS čipech. Bohužel je dodavatelé zklamali kvalitou čipů a v roce 1971 Viatron zkrachoval.
Viatron doslova vytvořil termín „mikroprocesor“- použili ho ve svém oznámení už v roce 1968, ale nebyl to ani jeden čip, tak říkali celému terminálu. Uvnitř pouzdra mikroprocesoru byla hromada desek - samotný procesor se skládal z 18 vlastních čipů MOS na 3 deskách.
Ray Holt, již nám známý, navrhl v letech 1968-1970 známý americký letoun F-14 CADC pro americké letectvo. Díky pozdějšímu styku s veřejností jej mnozí považují za otce mikroprocesorové technologie, ale CADC se skládalo ze 4 samostatných čipů velmi originální architektury.
Nakonec poslední 3 kandidáti jsou skuteční SoC.
V roce 1969 společnost Datapoint uzavřela smlouvu se společností Intel na vývoj jednočipové verze svého procesoru pro terminál Datapoint 2200, který zabíral celou desku. Je zábavné, že zakladatel společnosti Gus Roche, jejich inženýr Jack Frassanito a specialista na Intel Stanley Mazor navrhli tuto myšlenku Robertu Noycovi, zakladateli společnosti Intel, ale ten ji nejprve opustil, protože neviděl široké obchodní vyhlídky.
Téměř ve stejnou dobu se malá japonská společnost Nippon Calculate Machine Ltd obrátila na Intel, aby vyvinul 12 nových mikroobvodů kalkulačky. Další inženýr společnosti Intel, Edward Hoff (Marcian Edward Ted Hoff Jr.), podobně jako Stan, přichází s myšlenkou nahradit je jedním krystalem. Výsledkem je, že dva z nich začínají vést oba projekty: větší čip - Intel 8008 a menší - Intel 4004.
Po vyslechnutí projektu se všudypřítomný Texas Instruments obrátí na Datapoint a láká je k účasti na vývoji. Datapoint jim poskytuje specifikace a vyrábějí třetí verzi skutečného mikroprocesoru - TI TMX 1795. Je pravda, že zde nebyla velká nezávislost, do té míry, že čip opakoval ranou chybu Intel při zpracování přerušení.
V tomto okamžiku Datapoint vynalezl spínaný napájecí zdroj, který vede k dramatickému snížení spotřeby energie a zahřátí jejich terminálu, a odvolává jejich smlouvu. Intel zmrazuje vývoj na několik měsíců, zatímco TI pokračuje, v důsledku čehož jejich oznámení proběhlo o něco dříve než komerční vydání Intel 4004, což z něj formálně činí první mikroprocesor v historii.
Drzý TI dál žaloval (jako v situaci s prvním integrovaným obvodem) se všemi, až do roku 1995, kdy mazaný Lee Boysel přesvědčil soud, že vynalezl první procesor a že patenty Texas Instruments byly zrušeny. Další historii zná každý - čipy od TI se prakticky neprodávaly, zatímco Intel dokončil oba procesory, velké i malé, a položil tak základy své slávy a bohatství na další desítky let.
Je úžasné, že stejně jako v případě Osokina vyvinul SSSR také vlastní, zcela nezávislou verzi mikroprocesoru, o které ví jen velmi málo lidí! V původní verzi se však jednalo o tříčipový BSP, ale práce byla dokončena v roce 1976, ještě nebylo pozdě a nikdo se neobtěžoval ji upgradovat na plnohodnotnou jednočipovou architekturu.
V důsledku toho jsme se jako vždy v oblasti čistě technických priorit, jako v případě tranzistorů a mikroobvodů, dostali téměř na stejnou úroveň jako Západ a prokázali jsme vysokou vědeckou úroveň vývoje, ale jejich implementace byla nakonec noční můrou.
První domácí mikroprocesor nevzlétl kvůli tomu, kdo byl jeho kmotrem - nikdo jiný než Davlet Gireevich Yuditsky! Zdá se, že Shokin a Kalmykov nenáviděli každého, kdo se zabýval alespoň něčím originálním: Kartsev, Staros, Yuditsky - a cíleně tlačili na veškerý svůj vývoj.
Jak Yuditsky, otec modulárních superpočítačů, přišel k vývoji procesoru?
O tom si povíme v dalších částech, zde pouze poznamenáme, že na začátku roku 1973 on, v té době ředitel Zelenograd SVC, shromáždil kompaktní pracovní skupinu pro vývoj architektury nového minipočítače (není založen na strojích DEC a HP, jako počítač SM) - „Electronics -NTs“, modulární a zcela originální. Ve stejném roce Yuditsky pověřil tým mládeže laboratoře V. L. Dshkhunyan, aby pracoval na vývoji přístupů ke konstrukci mikroprocesorů - první v SSSR.
Po analýze toho, co se vyrábělo na Západě, vybrali jako základ BSP a v roce 1976 vytvořili procesor řady 587 na třech čipech - IK1, IK2, IK3, jednom z mála, které nemají přímý západní protějšek (nyní jejich velmi první vydání je také konečným snem mnoha sběratelů). Následně se tato řada vyvinula na 588 (5 čipů) a na začátku 80. let minulého století ji specialisté ze SVC chtěli konečně implementovat do jednočipového designu, ale na žádost ministerstva elektronického průmyslu Shoki byla původní architektura upuštěno ve prospěch PDP-11.
Ostatní vývojáři nestáli stranou, VNIIEM koupil pro tuto architekturu čipy Intel 8080, všechna periferie, vývojovou sadu Intel Intellec-800 a nadšeně se zabýval reverzním inženýrstvím. Procesor z roku 1974 byl rozebrán až do roku 1978 a na konci sedmdesátých let byl uveden do série jako 580IK80.
Od té chvíle začala éra kopírování mikroprocesorů. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení Sověti ukradli nejen tři čipy Intel (8080, 8085, 8086), slavný DEC LSI-11, ztělesněný v naší desítce forem, a Zilog Z80. V SSSR bylo vyrobeno mnoho analogů všech typů procesorů.
Jediný procesor z tohoto seznamu nebyl odcizen, ale reprodukován na základě licence - 1876В1, závod Angstrem, 1990. Vyrobeno (a z nějakého důvodu popsáno jako vlastní vývoj, ačkoli konsorcium MIPS poskytlo všechny specifikace a dokumenty pro tuto architekturu), stále se jedná o „14bitový 32bitový procesor RISC“, a to navzdory skutečnosti, že jeho prototyp - původní R3000 pracoval v roce 1988 na 40 MHz. V roce 1999 byl v NIISI přetaktován na 33 MHz a vydán jako 1890VM1T „Komdiv“- „nejnovější domácí vývoj“. Mírně progresivnější záření odolné proti záření 1892 18 5М 120 MHz bylo sestaveno na základě o něco méně starodávného MIPS R4000 + DSP na FPGA (!) Výrobce Elvis.
Výstup
Pojďme shrnout.
Tato tabulka nepokrývá ani 1/10 všech klonů, také některé z těchto čipů byly vyrobeny v extrémně omezených edicích (například cena 1810ВМ87 v dobrém stavu snadno dosáhne od kolektorů až na 200-300 $, jsou tak vzácné), mnoho bylo vyrobeno pouze v zemích RVHP (Bulharsko a další) - v samotném SSSR byla úroveň produkce příliš nízká.
V řadě Intel byly vynechány procesory 8088, 80186 a 80188, poslední dva - vzhledem k jejich nízké prevalenci obecně nebylo 80286 se sovětskou produkční kulturou vůbec zvládnuto, bylo zkopírováno a vydáno pouze v extrémně malých množstvích v NDR (alespoň se autorovi nepodařilo najít mýtickou kopii čistě sovětského KR1847VM286 v žádné více či méně závažné sbírce procesorů na světě).
Procesor 8086 byl vydán zhruba v roce, kdy se 80386 objevil v USA a byl posledním ze sovětských klonů.
Nyní jsme vyzbrojeni všemi potřebnými znalostmi, abychom se mohli znovu setkat s naším hrdinou - Davletem Yuditskym, který právě mířil do Zelenogradu, aby vyvinul mikroobvody pro svůj nadcházející superpočítač protiraketové obrany. Příběh bude o něm v příštím čísle.
