Kako je Zelenograd došao na ideju kopiranja mikrovezica, zašto nisu počeli razvijati svoje, domaće?
Prvi klonovi
Vrlo je jednostavno. Kao što se sjećamo, u NII -35 izvjestan BV Malin sjedio je na toplom mjestu načelnika, čija je veličina, kao dizajner, ležala u njegovom ocu - VN Malinu, načelniku općeg odjela CK CPSU -a. Naravno, Shokin je toliko volio i poštovao tako korisnu osobu. I kao što se sjećamo, Malin je bila među sretnicima koji su prešli partijsku liniju u Sjedinjenim Državama na stažiranje u oblasti mikroelektronike.
Obučavali su se do 1962. godine i bili bi sretni da nastave barem do 1970. godine, ali dogodila se kriza kubanske rakete i izgradnja Berlinskog zida. I odnosi između SSSR -a i SAD -a bili su potpuno uništeni. Malin je sa poslovnog putovanja vratio suvenir - dobio je šest rijetkih TI SN510. Budući da je centar u Zelenogradu već bio osnovan i bilo je potrebno brzo započeti s proizvodnjom (a dizajneri iz stranačkih šefova nekako nisu baš dobro funkcionirali), Malin je jednostavno pokazao Shokinu uzorke i naredio je da ih odmah kopira.
Dajmo riječ samom Malinu. Evo citata iz njegovog ličnog izvještaja Shokinu o rezultatima putovanja:
Slušao je izvještaj, pogledao dijagram pod mikroskopom i rekao: reproducirajte bez odstupanja, dajem vam rok od tri mjeseca.
U mladosti nisam mogao izdržati i nasmijao sam se.
- Zašto se smijete, odviknuli smo se od našeg tempa tamo u Americi? Ja, član Centralnog komiteta, rekao sam: reprodukovati znači reprodukovati! A vi, da se ne smijete, bit ćete moj glavni dizajner i izvještavat ćete me svakog mjeseca na odboru.
Zatim, nakon što je malo razmislio, A. I. Shokin je ipak upitao - koliko mislite da vam treba?
Odgovorili smo da nam trebaju tri godine …
Operativne sheme iz NII-35 demonstrirane su Shokinu 1965. godine …
Serijska proizvodnja savladana je 1967. godine.
Osim potpuno tipične despotske grubosti karakteristične za sve vrste sovjetskih šefova (ne razumijem temu, ali član Centralnog komiteta!), Vidimo i njihovo tipično nerazumijevanje predmetne oblasti. Serijska proizvodnja u malim serijama 1967. primjeraka američkih mikro krugova, izdanih 1962. godine i zastarjelih za pet godina … To je bila presuda cijeloj domaćoj elektronici, od tog trenutka zauvijek smo postali autsajderi, a to je uz punu priliku da razvijajte nezavisni razvoj! Malin se (iz nekog razloga ponosno) prisjeća:
Od 1959. razvoj domaćih silicijskih integriranih krugova zapravo je bio kontinuiran proces konkurentne dopisne borbe s Jackom Kilbyjem. Na snazi su bili koncepti ponavljanja i kopiranja američkog tehnološkog iskustva - metode takozvanog "obrnutog inženjeringa" IEP -a. Prototipni uzorci i uzorci proizvodnje silicijskih integriranih kola za reprodukciju dobiveni su iz Sjedinjenih Država, a njihovo kopiranje strogo je regulirano nalozima Ministarstva ekonomskog razvoja (ministar Shokin). Koncept kopiranja bio je pod strogom kontrolom ministra više od 19 godina, tokom kojih je autor radio u sistemu MEP -a, do 1974. godine.
Zabijanje eksera u poklopac lijesa domaće mikroelektronike od 1962. do 1974. u obliku stvarne krađe američkih IC -ova koji su godinama zastarjeli, nimalo ne uznemirava "vodećeg inženjera".
Prvi klon proizveden u tvornici Fryazinsky prema projektu NII-35 bio je TS-100-potpuni analog TI SN510 (planarna silicijska tehnologija). S obzirom na to, objavljivanje nije postalo lako:
… tim od 250 ljudi sa naučno-tehnološkog odjela NII-35 i eksperimentalne radionice, posebno stvorene na odjelu, radio je na rješavanju ovog problema.
I to je s Osokinovom postojećom i radnom tehnologijom! Nažalost, tvornica RZPP nije imala takvu političku težinu i tako moćne pokrovitelje.
Malin nije bio samo blizak sa Shokinom, on je blisko komunicirao s predsjednikom vojno-industrijskog kompleksa Smirnovom, predsjednikom Akademije nauka Keldyshom i Kosiginom, koji je zamijenio Mikoyana na mjestu predsjednika Vijeća ministara SSSR-a, koji je zapravo vladao paralelno s Hruščovom. Naravno, stanovnici Rigi nisu imali ni trunke šanse da nešto razviju u uslovima ovako velikog takmičenja.
Osim toga, nismo zaboravili posuditi SLT-module, utjelovljene u poznatoj seriji GIS "Path", koja se koristila u ES EVM-u do sredine 1970-ih. Nažalost, za ljubitelje kopiranja, SLT -ovi su se pojavili nakon što je stažiranje sovjetskih stručnjaka u Sjedinjenim Državama postalo nemoguće iz političkih razloga, a Amerikanci ni u snu ne bi mogli prodati živi S / 360 mainframe u SSSR -u u moru. Kao rezultat toga, inženjeri su postigli pravi uspjeh kopiranjem GIS -a bez izvora, doslovno sa fotografija. Evo što o tome kaže prvi direktor Zelenogradskog NIITT -a V. S. Sergeev:
U ovoj oblasti nije bilo tehničkih materijala i literature, imali smo samo fotografiju mikro kola proizvedenih od IBM -a. Tehnologija izrade otpornih, provodljivih i izolacionih pasti posebno se držala u tajnosti u inostranstvu. Sve radove započeli smo od nule: razvoj dizajna, materijala, tehnologije i opreme …
Već od prvih dana postojanja poduzeća, pored rada direktno korištenjem GIS tehnologije, obavljen je značajan posao na stvaranju i upotrebi stakla, keramike, polimera, ljepila, izolacijskih materijala, galvanskih procesa, zavarivanju, lemljenju, postizanju preciznosti alati (pečati, kalupi), kemijsko glodanje, višeslojne polimerne i keramičke ploče i mnogi drugi procesi potrebni za razvoj tehnologije …
Prototipovi su bili spremni do 1964. godine, ali je proizvodnja započela tek 1967. godine, a posljednji poznati uzorci datiraju iz … 1991. (!).
Serija se sastojala od GIS 201LB1 (kasnije K2LB012, element NOT), K201LB4 (dva elementa NOT i dva 2OR-NOT), 201LB5 (kasnije K201LB6 i 201LB7, pet elemenata NE), 201LS1 (dva elementa 2OR) i K2NT011 (kasnije K201NT1 i K201NT2, sklop od četiri npn tranzistora). Kao zanimljiv spomen ove serije u današnjem životu - Jedinstvena tarifna i kvalifikacijska knjižica poslova i zanimanja radnika iz 2007. (!), Zanimanje „Retoucher za preciznu fotolitografiju. 4. kategorija :
Primjeri rada: Negativi i prozirnost mikro kola tipa "Path", uklanjanje svih nedostataka.
Imajte na umu da se sovjetska industrija nije zamarala zasićenjem civilnog tržišta mikroelektronikom, od riječi uopće, nije se radilo o mikro sklopovima - čak ni mikro sklopovi nisu čak ni bili ugodni. Mnoga su poduzeća bila prisiljena sami savladati svoj razvoj i proizvodnju, za određene proizvode, i to se nastavilo ne samo dugo, već i jako dugo. Na primjer, još 1993. godine Minska tvornica instrumenata proizvela je seriju osciloskopa S1-114 / 1 za GIS vlastitog dizajna, a ti GIS, monstruozno, nezamislivo zastarjeli, ukinuti su tek 2000. godine!
Prema sjećanjima ljudi koji nemaju nikakve veze s vojnom tehnologijom, početkom 90 -ih u obrazovnim i proizvodnim pogonima bili su prisiljeni prepoznati tipove svjetiljki prema njihovim karakterističnim karakteristikama (postojao je čak i standard - za identifikaciju iz dva metra).
Puštanje mikro sklopova trebalo je da zatvori ukupni nedostatak stvarnih integrisanih kola, koji je u 99% slučajeva otišao u vojnu industriju i preusmjeren na nekoliko istraživačkih instituta. Na mikro sklopovima proizvodili su se kućanski aparati najviše klase (najniži na lampama) - na primjer, "elitni" radio aparati "Eaglet", "Cosmos" i "Rubin".
U kućanskim aparatima nisu kopirane samo komponente, već od ranih 1950 -ih postala je tradicija ne gubiti vrijeme na sitnice, već krasti cijeli proizvod u cjelini, pod uvjetom da je naša razina tehnologije dopuštala njegovo kopiranje. Na primjer, 1954. pojavio se zapanjujući radio Zvezda-54. Mediji su ovaj događaj opisali kao veliki sovjetski proboj u dizajnerskom dizajnu i najnovijoj modi, zapravo, to je bila apsolutna kopija francuskog Excelsior-52. Nije tačno utvrđeno kako je prototip dospio u IRPA (Institut za radiodifuziju i akustiku). Prema nekim izvještajima, diplomate su ga donijele, prema drugima, posebno je kupljen za kopiranje.
Također je postojao problem s tranzistorskim prijemnicima-jedan od prvih sovjetskih, "Lenjingrad", nastao je na temelju Trans-Oceanic Royal-1000 iz 1957. godine američke kompanije Zenith, dok je proizveden u maloj seriji, a montaža je bila ručna.
I na kraju, među raširenim mitovima može se spomenuti i činjenica da je navodno prvi funkcionalno cjelovit proizvod potrošačke mikroelektronike u svijetu bio upravo sovjetski radio prijemnik "Micro" - prvi proizvod koji je proizveo Zelenograd 1964. godine.
Štaviše, postoje uporne glasine da je Hruščov poklonio te prijemnike čelnicima stranih država, a oni su u šoku govorili u duhu "kako nas je SSSR uspio prestići". Zapravo, od integrirane tehnologije u "Micro" postojala je samo raspršena ploča, poluvodiči su bili diskretni. Šest slojeva različitih materijala naneseno je na ploču sjedala kroz posebne šablone, tvoreći samo pasivne dijelove (štoviše, samo kapacitivne). Tranzistori u prijemniku bili su obični diskretni i jednostavno lemljeni na ploči, što je jasno vidljivo na otvorenom uređaju.
Kao rezultat toga, umjesto mitskih "prvih svjetskih filmskih IC -ova" dobivamo konvencionalnu tiskanu ploču, samo ne tradicionalno graviranu, već s taloženjem u vakuumu i u nekoliko slojeva - bez čuda. Prijemnici zasnovani na diskretnim tranzistorima do 1965. u SAD -u proizvodili su se u desetinama tipova (od 1956. - jedan od prvih na svijetu bio je Admiralni tranzistor) nekoliko godina, i očito nisu mogli nikoga pogoditi (bilo ih je i ogroman broj od njih u Japanu i Evropi).
Najkarakterističniji za to doba je jedinstveni dokument, jedan od rijetkih koji je preživio i koji je široko dostupan - "Preporuke za stvaranje čvorova i blokova na čvrstim dijagramima", izdat za jedan od istraživačkih instituta u Voronežu 1964. u okviru određenog "reda 1168":
… Sastav komponenti i njihovi parametri za tri osnovna kristala 51, 52 i 53 kompanije Texas Instruments, čiji su analozi predviđeni za reprodukciju u SSSR -u: komponente osnovnog kristala 51. serije… tranzistor A417 ili A400B (analogno 2N706A, 2N582), dioda B14A ili B14B (analogno 1N914) …
Slijedi velika tablica parametara mikro krugova za koje se razmatra moguća reprodukcija-gotovo sve se planira ukrasti, od Fairchild MA704 video pojačala i Westinghouse WM1110 dvostepenog Darlingtonovog kruga do okidača Motorola MK302G i 2OR-NOT Sylvania SNG2 logička kapija! Nakon toga slijedi oko 10 stranica shematskih dijagrama i opisa serije TI SN5xx, zajedno sa smjernicama za dizajn IC -a.
Kao posljedica primjene ovih genijalnih metoda za razvoj domaće elektronike do 1970. godine, u zemlji nije ostalo nikakvog originalnog razvoja, osim Osokinovog IC germanija - svega što se moglo kopirati: od velikih kristala osnovne matrice do beznačajnih registara pomaka.
Također je smiješno da je primitivna hibridna filmska tehnologija bila izuzetno popularna u SSSR -u čak i kada je ostatak svijeta već dugo prešao na IP. Činjenica je da je na sovjetskom nivou tehnološkog razvoja bilo vrlo teško proizvesti sheme barem srednje integracije, pa su kao rezultat toga civilni proizvodi prikupljeni na čudovištima poput 230. serije. Ovo su pravi IC-ovi, samo napravljeni kao "makro krug": hibridni dizajn, višeslojna tehnologija debelog filma, od kojih svaki sadrži do 40 logičkih elemenata tipa TTL, koji tvore ili brojače, ili registre, ili uređaje za balansiranje.
Dizajn serije je vrlo neobičan - višeslojna ploča sa pravilnom strukturom i unutrašnjom montažom na čip. Čudovišta tipa K2IE301B (primitivni četveroznamenkasti brojač, ali veći od kutije šibica) proizvodila su se u našoj zemlji do devedesetih godina prošlog stoljeća, ali sada su predmet lova kolekcionara mikroveznica širom svijeta, poput fosilnih kostiju mamuta.
Nivo ruske mikroelektronike tih godina dobro karakteriziraju ne entuzijastična sjećanja na patriote zasnovane na mitovima u stilu knjige "50 godina sovjetske mikroelektronike":
Prošlo je samo 20 godina od pojavljivanja prvih IC -ova, a rezultati su bili fantastični …
I sasvim objektivno (budući da najviše rukovodstvo donosi strateške odluke na osnovu ovih dokumenata), nedavno je skinuta oznaka tajnosti CIA -eva izvješća o analizi domaće industrije (SSSR nastoji izgraditi naprednu poluprovodničku industriju sa zapadnim mašinama pod embargom). Jedan od izvještaja, pripremljen 1972. godine, fokusirao se na dostignuća Unije u proizvodnji integriranih kola, 1999. ovaj dokument je deklasificiran i kasnije objavljen u online biblioteci agencije. Evo nekoliko odlomaka iz nje:
… Laboratorijska analiza dostupnih uzoraka, provedena u SAD -u, pokazala je da je njihov dizajn prilično primitivan, a kvaliteta uglavnom loša. Uzorci su očigledno inferiorni u odnosu na njihove uzorke napravljene u SAD -u. Čini se da su čak i proizvodi iz 1971. s tvorničkim oznakama prototipi … Ništa se ne zna o dostupnosti komercijalne opreme u SSSR-u koja bi koristila integrirana kola … Ako je Unija stvorila veliku i održivu industriju mikro krugova, tada je njezin interes također je zbunjujući zbog velikih nabavki opreme i tehnologija sa Zapada za proizvodnju ovih proizvoda … SSSR je prekasno primio tehnologiju ravnog silicija i zbog stalnih poteškoća s proizvodnjom početnog silikonskog materijala u dovoljnim količinama, proizvodnja mikro kola u Uniji ipak su započela nedavno i u vrlo malim količinama … Unija je 1968. godine ponudila prerađeni silicij za prodaju u Europi, međutim, tvrtke koje su ga kupile žalile su se na lošu kvalitetu ovog materijala.
Agent CIA -e (njegovo ime je uklonjeno iz izvještaja), koji je posjetio pogon u Bryansku, napisao je:
… Proizvodne tehnologije zaostaju 5-10 godina od onih koje se koriste u SAD-u. Zapadna oprema se naširoko koristi u tvornici. Čini se da neki od proizvoda u završnom testiranju nose zaštitni znak velikog američkog proizvođača integriranih kola, iako agent nije uspio ispitati ove uzorke izbliza kako bi potvrdio ovu sumnju.
Obim proizvodnje u pogonu u Lenjingradu ocijenjen je kao značajno manji nego u Brjansku. Isti ili drugi obavještajni agent SAD-a koji je 1972. posjetio tvornicu Svetlana naveo je manje od 100.000 visokofrekventnih tranzistora mjesečno i napomenuo da postrojenje koristi i neku zapadnu opremu.
U izvještaju se također napominje da je produktivnost proizvoda proizvedenih u ovoj fabrici niža od one koju je SSSR proglasio za ovu vrstu integriranih kola prije tri godine. Kao rezultat posjete tvornici u Voronežu, agent je primijetio prisutnost velikog broja difuzijskih peći na ovom mjestu - oko 80 komada, međutim, samo ih je 20 bilo stvarno korišteno u vrijeme njegove posjete. Istovremeno, u pogonu nije bilo mnogo instalacija za zavarivanje žicom termokompresijom. Za usporedbu, 1971. godine u Sjedinjenim Državama je proizvedeno više od 400 miliona IC -a, navodi CIA.
U isto vrijeme, čuveni Koordinacijski odbor za multilateralnu izvoznu kontrolu (CoCom), osnovan 1949. i deklasificiran 1953., dizajniran za kontrolu prometa opasnih tehnologija, trebao je spriječiti sovjetsku prijetnju svijetu, efektivno ograničavajući vojni potencijal SSSR -a, lišavajući mu pristup svim novim tehnologijama koje bi se mogle koristiti u vojne svrhe. Ali sjećamo se da SSSR praktički nije imao ciljeve, osim vojske, a sve što je razvio bilo je 99% u vojno-industrijskom kompleksu, odnosno CoKom mu je blokirao pristup gotovo svim naprednim svjetskim tehnologijama.
Iznenađujuće, ovo je djelovalo izuzetno efikasno-na primjer, nismo mogli niti kupiti niti ukrasti pravi CDC 7600 (bio je grijeh zamijeniti ga BESM-6), a nismo mogli dobiti ni živi Cray-1 (koji je u budućnosti bio planirano objavljivanje kao BESM-10).
Ali pravi problem je bio drugačiji - od početka šezdesetih godina navikli smo na kopiranje zapadnih IC -ova, pa je za to bilo od vitalne važnosti kopiranje njihovih proizvodnih linija. Tu nas je čekala zasjeda - za Zelenograd smo, kako se sjećamo, uspjeli kupiti još nešto od Japanaca, Finaca i Švicarca (čak ni za valutu, već direktno za zlato), ali od sredine šezdesetih ovaj tok je počeo da se brzo osuši. Gotovo nijedna kompanija - proizvođač precizne opreme za fotolitografiju, nije htjela pasti pod sankcije 17 država odjednom, riskirajući gubitak cijelog svog posla zbog beznačajnog profita u SSSR -u, pogotovo od potpune proizvodne linije sa materijalima a dokumentacija je nebitan objekt za krijumčarenje.
Kao rezultat toga, nema IP -a bez alatnih strojeva, a mi smo imali samo tri načina, svaki sa svojim zamkama - da do kraja 1980 -ih radimo na opremi 1963. (oni su to učinili), pokušajmo razviti vlastiti (za dugo i ne uvijek uspješno) ili nabavite barem nešto preko neutralnih zemalja poput Švicarske. Posljednja rijeka brzo je presušila do potoka, iako se, na primjer, krajem 1980 -ih pokazalo da je Toshiba Machine Company od 1982. do 1984., zaobilazeći zabrane, ilegalno isporučila SSSR -u opremu za preciznu obradu podmorskih elisa. Da nije bilo raspada Sovjeta i ublažavanja politike Komiteta, ova priča bi za nju mogla završiti vrlo tužno.
Nakon toga, odlomci ruskog historičara elektronike, koji se više puta spominju u ovim člancima, Borisa Malaševića, smatraju se nekom vrstom izopačene ironije:
Tada su postojale tri zemlje u svijetu koje su proizvodile, recimo, fotolitografsku opremu: SAD, Japan i Sovjetski Savez. Ovo je najpreciznija oprema među svim tehničkim uređajima: nivo tehnologije u mikroelektronici ovisi o razini fotolitografije … Mora se imati na umu da je unatoč svim problemima s kojima se naša zemlja suočila, samo Sovjetski Savez imao jedinu samodostatnu elektroniku u svijetu. U kojem je sve imalo svoje i koje je samo proizvodilo čitav niz elektronskih proizvoda od radio cijevi do VLSI -ja. Imala je svoju nauku o materijalima, svoj mašinski inženjering - sve je bilo njeno.
Općenito, sa čipovima je sve postalo jasno.
Sada nam preostaje razgovarati o sovjetskim mikroprocesorima i sigurno dovršiti temu razvoja sovjetske mikroelektronike.
Evolucija
Za razumijevanje daljnjeg teksta, spomenimo da su se mikroprocesori razvili na sljedeći način.
Prva generacija mikro kola, razvijena 1962-1963, bili su čipovi niske integracije. To je značilo da svaki mikrokružni krug sadrži samo najosnovnije logičke ulaze - na primjer 2I -NOT elemente.
Svaki procesor (naglašavamo da to nije nužno mikroprocesor!) Sadrži tri glavne komponente (prirodno, u modernim čipovima to su daleko od takvih osnovnih jedinica kao u 1960 -im; sada se, na primjer, ALU shvaća kao integralni element sa registre vlastitog firmvera itd.).
Prva je aritmetička logička jedinica ili ALU, dizajnirana za izvođenje (obično) samo nekoliko osnovnih operacija - sabiranje i logičko I, ILI, NE. Tradicionalni ALU -ovi nisu sadržavali sklopove hardverskog oduzimanja i nisu bili potrebni, oduzimanje se u pravilu zamjenjuje zbrajanjem s negativnim brojem. Naravno, ALU nisu sadržavali blokove hardverskog množenja, podjele, vektorske i matrične operacije. ALU je također radio samo s cijelim brojevima, prije usvajanja standarda IEEE 754 - 1985 ostalo je još 20 godina, pa je apsolutno svaki proizvođač računara samostalno implementirao stvarnu aritmetiku, u mjeri u kojoj je to perverzno.
Da ste bili programer šezdesetih, prava aritmetika bi vas mogla izludjeti. Nije bilo jedinstvenog standarda za predstavljanje brojeva, niti za zaokruživanje, niti za operacije s njima, pa su programi bili praktično ne prenosivi. Osim toga, različite mašine imale su svoje neobičnosti u realizaciji stvarnih brojeva, koje je svakako trebalo znati i uzeti u obzir. Na nekim platformama određeni su brojevi bili nule za usporedbu, ali ne i za zbrajanje i oduzimanje, pa su zbog toga, za siguran rad, morali prvo pomnožiti s 1,0, a zatim u usporedbi s nulom.
Na drugim platformama isti je trik uzrokovao trenutnu grešku prekoračenja bez dokumenata, iako nije bilo stvarnog prekoračenja. Neki računari su, pokušavajući izvesti takvu operaciju, odbacili posljednja 4 bitna bita, većina mašina je vratila nulti rezultat za razliku između X i Y, ako su X i Y mali, čak i ako nisu jednaki, a neki bi mogli iznenada dobiti nulu, čak i u slučaju velike razlike među njima, ako je samo jedan broj bio blizu nule. Kao rezultat toga, operacije "X = Y" i "X - Y = 0" su se sudarile i dovele do iznenađujućih grešaka. Na Cray superkompjuterima, na primjer, kako bi se to izbjeglo, prije svakog množenja i dijeljenja izvršeno je ponovno dodjeljivanje "X = (X - X) + X". Anarhija među stvarnom aritmetikom nastavila se do 1985. godine, kada je konačno usvojen moderni standard s pomičnim zarezom.
Druga važna komponenta procesora bili su registri, koji su trebali pohraniti obrađene brojeve i izvršiti operacije smjene na njima.
Konačno, treća najvažnija komponenta bio je upravljački uređaj - dekoder mašinskih uputa koje dolaze iz RAM -a, pokrećući izvršavanje određenih ALU funkcija nad brojevima u registrima.
Kontrolni uređaji razlikovali su se po složenosti, širini bitova i vrstama instrukcija koje su mogli dekodirati, što je složeniji i sporiji UU, lakše je i praktičnije bilo pisati kôd, jer je mogao podržati širok spektar složenih naredbi, olakšavajući život za programere. UU je obično imao zaseban firmver u kojem je bila lista podržanih naredbi i bilo je moguće, u određenim granicama, promijeniti mogućnosti procesora promjenom čipova s ovim firmverom, ovaj koncept se zvao mikroprogramiranje. Sadržaj firmvera činio je komandni sistem ovog procesora, očigledno je da su komandni sistemi različitih mašina međusobno nekompatibilni.
U slučaju niske integracije, sve su ove komponente u pravilu bile implementirane na nekoliko ploča, a procesor je bio kutija s desetinama takvih ploča s nekoliko stotina mikro kola. Međutim, već 1964. godine pojavili su se čipovi srednje integracije, serija Texas Instruments SN7400. Godine 1970. pojavio se prvi punopravni ALU, 4-bitni 74181 mikrokružni krug, koji se mogao paralelno povezati, dobivajući 8, 16, pa čak i 32-bitne računare (takozvani ALU sa bit-slice-om).
Čipovi srednje integracije sadržavali su nekoliko stotina tranzistora, za razliku od nekoliko desetina u prethodnoj generaciji. TI SN74181 našao je široku primjenu i postao jedan od najpoznatijih čipova u povijesti, posebno na njemu su sastavljeni procesori ranih računara Data General NOVA i neke serije DEC PDP-11 (za njih su sastavili i periferne procesore na primjer, KMC11 i njihova implementacija stvarne aritmetike-čuveni FPP-12), Xerox Alto, iz kojeg je Steve Jobs otrgnuo ideju o mišu i grafičkom sučelju, prvi DEC VAX (model VAX-11/780), Wang 2200, Texas Instruments TI-990, Honeywell option 1100 Naučni je koprocesor za njihove glavne računare H200 / H2000 i mnoge druge mašine.
Čipovi srednje integracije, zbog svoje nevjerojatne jeftinoće i jednostavnosti, zadržali su se na tržištu do 1980 -ih, čak i kada su se već pojavili mikroprocesorski sistemi. Za sastavljanje procesora obično su bile potrebne 1-2 ploče i nekoliko desetina mikro kola.
Krajem 1960 -ih, napredak fotolitografije dosegao je nivo od nekoliko hiljada logičkih vrata po čipu, a pojavile su se i velike integracijske sheme. Obično su uključivali ALU sa svim uprtačima i registrima, što je omogućilo sastavljanje procesora od samo 2-10 čipova. Takozvani BSP (bit-slice procesor, izraz nema uspostavljen prevod, obično se kaže "sekcijski").
Ideja koja stoji iza BSP-a bila je povezivanje paralelno moćnih čipova koji sadrže sve potrebne komponente (samo je UU napravljen zasebno), i na taj način prikupiti dugačak procesor iz malih bitnih mikro krugova (postojale su varijante do 64 bita!). BSP -ove su proizvodili mnogi, uključujući National Semiconductor (IMP, 1973), Intel (3000, 1974), AMD (Am2900, 1975), Texas Instruments (SBP0400, 1975), Signetics (8X02, 1977), Motorola (M10800, 1979) i mnogi drugi. Vrhunac razvoja bili su 16-bitni AMD Am29100 i Synopsys 49C402, proizvedeni do sredine 1980-ih, i čudovišni 32-bitni AMD Am29300, objavljeni 1985. godine.
BSP ima tri vrlo značajne prednosti.
Prvi je da se ALU -i mogu koristiti u horizontalnim konfiguracijama za izradu računara koji mogu obraditi vrlo velike podatke u jednom ciklusu takta.
Druga prednost BSP-a je to što dizajn s dva čipa dopušta ECL logiku, koja je vrlo brza, ali zauzima puno prostora i odvodi mnogo topline. Rani MOS čipovi, poput PMOS -a ili NMOS -a, izvorno su se smatrali procesorima za kalkulatore i terminale, jer je njihova brzina bila znatno niža od ECL logike, samo što se smatralo da je pogodna za izgradnju ozbiljnih računara. Tek nakon što je izum CMOS procesora stekao izgled koji imaju sada, prije nego što su sekcijski ECL čipovi zavladali. Prije CMOS-a vjerovalo se da je općenito nemoguće stvoriti procesor s jednim čipom prihvatljivih performansi.
Treća prednost BSP -a bila je mogućnost stvaranja prilagođenih skupova instrukcija, koji se mogu stvoriti za oponašanje ili poboljšanje postojećih procesora, poput 6502 ili 8080, ili za stvaranje jedinstvenog skupa instrukcija posebno prilagođenih za maksimiziranje performansi određene aplikacije. Kombinacija brzine i fleksibilnosti učinila je BSP vrlo popularnom arhitekturom.
Otac mikroprocesora
Na kraju, razgovarajmo o tome ko je stvorio prvi mikroprocesor.
U kratkom vremenskom periodu između 1968. i 1971. godine za njegovu ulogu predstavljeno je nekoliko kandidata, od kojih je većina odavno zaboravljena. Zapravo, ideja o stvaranju mikroprocesora nije bila ni približno revolucionarna kao tranzistor ili čak ravni proces. Bukvalno je bilo u zraku, a tri godine se veliki broj programera na ovaj ili onaj način približio implementaciji računara sa jednim čipom.
Strogo govoreći, pitanje "ko je izumio mikroprocesor" nema smisla, osim čisto legalnog. Krajem 1960 -ih bilo je očito da će procesor na kraju biti smješten na jednom čipu, a bilo je samo pitanje vremena kada će se gustoća MOS čipova povećati do te mjere da je to praktično. Zapravo, mikroprocesor nije bio revolucija, već je došao u vrijeme kada su se poboljšanja MOS -a i marketinške potrebe isplatile.
Ne postoji službena definicija mikroprocesora.
Razni izvori ga opisuju u rasponu od jednog čipa do ALU-a s više čipova. U osnovi, mikroprocesor je marketinški izraz vođen potrebom da Intel i Texas Instruments označe svoje nove proizvode.
Da je potrebno izabrati jednog oca koncepta mikroprocesora, to bi bio Lee Boysel. Dok je radio u Fairchild -u, došao je na ideju o računaru zasnovanom na MOS kolu, kao i postojećim komponentama - ROM -u (izumljeno 1966.) i DRAM -u (nastalo 1968.). Kao rezultat toga, prvi je objavio nekoliko utjecajnih članaka o MOS čipovima, kao i manifest iz 1967. koji objašnjava kako se MOS može koristiti za izgradnju računara uporedivog s IBM 360.
Boysel je napustio Fairchild i u oktobru 1968. osnovao Four-Phase Systems za izgradnju svog MOS sistema, 1970. demonstrirao je System / IV, moćni 24-bitni računar. Procesor je koristio 9 mikro krugova: tri 8-bitna ALU AL1, tri ROM-a za mikrokod i tri mikro kola upravljačkog uređaja izgrađenog na nepravilnoj logici (slučajna logika (RL)-metoda implementacije kombinatornih kola sintezom prema opisu na visokom nivou, a budući da se sinteza odvija automatski, tada se raspored elemenata i njihovih spojeva na prvi pogled čini proizvoljnim, gotovo svi moderni upravljački uređaji sintetizirani su metodom RL). Čipset se dobro prodavao, a Four-Phase je dospio u Fortune 1000 prije nego što je Motorola preuzeta 1981. godine. Međutim, AL1 nije mogao raditi u načinu rada s jednim čipom i trebao mu je vanjski kontroler i ROM s mikrokodom.
Druga gotovo zaboravljena kompanija bio je Viatron, osnovan 1967. godine, a već su 1968. godine predstavili svoj System 21, 16-bitni na prilagođenim MOS čipovima. Nažalost, izvođači su ih iznevjerili kvalitetom čipova, pa je 1971. Viatron bankrotirao.
Viatron je doslovno skovao izraz "mikroprocesor" - koristili su ga u svom najavi još 1968. godine, ali to nije bio jedan čip, tako su nazvali cijeli terminal. Unutar kućišta mikroprocesora bilo je hrpa ploča - sam procesor se sastojao od 18 prilagođenih MOS čipova na 3 ploče.
Ray Holt, koji nam je već poznat, dizajnirao je poznati F-14 CADC 1968-1970 za američko vazduhoplovstvo. Zahvaljujući kasnijim odnosima s javnošću, mnogi ga smatraju ocem tehnologije mikroprocesora, ali CADC se sastojao od 4 zasebna čipa vrlo originalne arhitekture.
Konačno, posljednja 3 kandidata su pravi SoC -ovi.
Godine 1969. Datapoint je sklopio ugovor s Intelom za razvoj jednočipne verzije njihovog procesora za terminal Datapoint 2200, koji je zauzeo cijelu ploču. Zabavno je da su osnivač kompanije Gus Roche, njihov inženjer Jack Frassanito i Intelov stručnjak Stanley Mazor predložili ovu ideju Robertu Noyceu, osnivaču Intela, ali on ju je najprije napustio jer nije vidio široke komercijalne izglede.
Gotovo u isto vrijeme, mala japanska kompanija, Nippon Calculating Machine Ltd, obratila se Intel -u za razvoj 12 novih mikro kalkulacijskih kalkulatora. Drugi Intelov inženjer, Edward Hoff (Marcian Edward Ted Hoff Jr.), sličan Stanu, dolazi na ideju da ih zamijeni jednim kristalom. Kao rezultat toga, njih dvoje počinju voditi oba projekta: veći čip - Intel 8008, i manji - Intel 4004.
Nakon što su čuli za projekt, sveprisutni Texas Instruments obraća se Datapointu i iskušava ih da sudjeluju u razvoju. Datapoint im daje specifikacije, a oni proizvode treću verziju pravog mikroprocesora - TI TMX 1795. Istina, ovdje nije bilo velike nezavisnosti, u mjeri u kojoj je čip ponovio ranu Intelovu grešku s rukovanjem prekidima.
U ovom trenutku Datapoint izmišlja sklopno napajanje, što dovodi do dramatičnog smanjenja potrošnje energije i zagrijavanja njihovog terminala, te poništava njihov ugovor. Intel zamrzava razvoj na nekoliko mjeseci, dok se TI nastavlja, pa je kao rezultat toga njihova najava održana nešto ranije od komercijalnog predstavljanja Intel 4004, što ga formalno čini prvim mikroprocesorom u istoriji.
Drski TI nastavio je tužiti (kao u situaciji s prvim integriranim krugom) sve do 1995. godine, kada je lukavi Lee Boysel uvjerio sud da je izumio prvi procesor i da su patenti Texas Instruments poništeni. Dalja istorija poznata je svima - čipovi iz TI -a praktično se nisu prodavali, dok je Intel dovršio oba procesora, i veliki i mali, i tako postavio temelje svoje slave i bogatstva za decenije koje dolaze.
Nevjerojatno je da je, kao i u slučaju Osokina, SSSR razvio vlastitu, potpuno neovisnu verziju mikroprocesora, za koju vrlo malo ljudi zna! U originalnoj verziji, međutim, radilo se o BSP-u s tri čipa, ali posao je završen 1976., nije bilo kasno i nitko se nije potrudio nadograditi ga na punopravnu arhitekturu s jednim čipom.
Kao rezultat toga, kao i uvijek, na području čisto inženjerskih prioriteta, kao i u slučaju tranzistora i mikro sklopova, otišli smo gotovo u rang sa Zapadom i pokazali visok naučni nivo razvoja, ali njihova je implementacija na kraju bila noćna mora.
Prvi domaći mikroprocesor nije uzletio zbog toga što mu je kum - niko drugi do Davlet Gireevich Yuditsky! Čini se da su Shokin i Kalmykov mrzili sve koji su se bavili barem nečim originalnim: Kartsev, Staros, Yuditsky - i namjerno pritiskali sav njihov razvoj.
Kako je Yuditsky, otac modularnih superračunara, došao do razvoja procesora?
O tome ćemo govoriti u sljedećim dijelovima, ovdje ćemo samo primijetiti da je početkom 1973. godine on, u to vrijeme direktor Zelenogradskog SVC-a, okupio kompaktnu radnu grupu za razvoj arhitekture novog mini-računara (nije zasnovano na DEC i HP mašinama, poput računara SM) - "Electronics -NTs", modularno i prilično originalno. Iste godine Yuditsky je naložio omladinskom timu laboratorije V. L. Dshkhunyana da radi na razvoju pristupa izgradnji mikroprocesora - prvom u SSSR -u.
Nakon što su analizirali ono što je proizvedeno na Zapadu, za osnovu su odabrali BSP, a 1976. stvorili su procesor serije 587 na tri čipa - IK1, IK2, IK3, jedan od rijetkih koji nemaju direktnog zapadnog partnera (sada njihov vrlo prvo izdanje je također krajnji san mnogih kolekcionara). Nakon toga, ova serija se razvila u 588 (5 čipova), a početkom 1980-ih stručnjaci iz SVC-a htjeli su je konačno implementirati u dizajn sa jednim čipom, ali je na zahtjev Ministarstva elektronske industrije Shoki originalna arhitektura napušten u korist PDP-11.
Ostali programeri nisu stajali po strani, VNIIEM je kupio Intel 8080 čipove, sve periferne uređaje, Intel Intellec-800 razvojni komplet za ovu arhitekturu i entuzijastično se bavio obrnutim inženjeringom. Procesor iz 1974. rastavljen je do 1978. godine, a krajem sedamdesetih godina lansiran je u seriju kao 580IK80.
Od tog trenutka počinje era kopiranja mikroprocesora. Suprotno uvriježenom mišljenju, Sovjeti su ukrali ne samo tri Intelova čipa (8080, 8085, 8086), čuveni DEC LSI-11, utjelovljen u naših desetak oblika, i Zilog Z80. U SSSR -u je proizvedeno mnogo analoga svih vrsta procesora.
Jedini procesor sa ovog popisa nije ukraden, već reproduciran pod licencom - 1876VM1, pogon Angstrem, 1990. Proizveden (i opisan iz nekog razloga kao vlastiti razvoj, iako je konzorcij MIPS pružio sve specifikacije i dokumente za ovu arhitekturu), to je i dalje "14 MHz 32 -bitni RISC procesor", unatoč činjenici da je njegov prototip - original R3000 je radio na 40 MHz još 1988. godine. Godine 1999. u NIISI -u je overklokiran na 33 MHz i objavljen kao 1890VM1T "Komdiv" - "najnoviji domaći razvoj". Nešto progresivniji 1892VM5Â otporan na zračenje od 120 MHz sastavljen je na bazi nešto manje drevnog MIPS -a R4000 + DSP na FPGA -u (!) Proizvođača Elvisa.
Output
Hajde da rezimiramo.
Ova tablica ne pokriva čak 1/10 svih klonova, također su neki od ovih čipova proizvedeni u izuzetno ograničenim izdanjima (na primjer, cijena od 1810VM87 u dobrom stanju lako doseže od sakupljača do 200-300 USD, tako su rijetki), mnogi su se proizvodili samo u zemljama SIE (Bugarska i druge) - u samom SSSR -u razina proizvodnje bila je preniska.
U Intelovoj liniji, procesori 8088, 80186 i 80188 su preskočeni, posljednja dva - zbog njihove niske prevalencije općenito, 80286 sa sovjetskom kulturom proizvodnje uopće nije savladana, kopirana je i puštena u iznimno malim količinama u DDR -u (barem autor nije uspio pronaći mitsku kopiju čisto sovjetskog KR1847VM286 u bilo kojoj manje ili više ozbiljnoj zbirci procesora u svijetu).
Procesor 8086 objavljen je otprilike godine kada se 80386 pojavio u SAD -u i bio je posljednji od sovjetskih klonova.
Sada smo naoružani svim potrebnim znanjem kako bismo se ponovno sastali s našim herojem - Davletom Yuditsky, koji je upravo krenuo u Zelenograd kako bi razvio mikroveze za svoje nadolazeće superračunalo protivraketne odbrane. O njemu će priča biti u narednom broju.
