Kedatangan cip ini mengubah haluan pembangunan cip!
Pada akhir 1970-an, pemproses 8-bit masih merupakan teknologi paling maju pada masa itu, dan proses CMOS berada pada kelemahan dalam bidang semikonduktor. Jurutera di AT&T Bell Labs mengambil langkah berani ke masa hadapan, menggabungkan proses pembuatan CMOS 3.5 mikron termaju dengan seni bina pemproses 32-bit yang inovatif dalam usaha untuk mengatasi prestasi pesaing dalam prestasi cip, mengatasi IBM dan Intel.
Walaupun ciptaan mereka, mikropemproses Bellmac-32, gagal mencapai kejayaan komersial produk terdahulu seperti Intel 4004 (dikeluarkan pada tahun 1971), pengaruhnya sangat mendalam. Hari ini, cip dalam hampir semua telefon pintar, komputer riba dan tablet bergantung pada prinsip semikonduktor oksida logam (CMOS) pelengkap yang dipelopori oleh Bellmac-32.
Tahun 1980-an semakin hampir, dan AT&T cuba mengubah dirinya sendiri. Selama beberapa dekad, gergasi telekomunikasi yang digelar "Mother Bell" telah mendominasi perniagaan komunikasi suara di Amerika Syarikat, dan anak syarikatnya Western Electric mengeluarkan hampir semua telefon biasa di rumah dan pejabat Amerika. Kerajaan persekutuan AS menggesa pemecahan perniagaan AT&T atas alasan antitrust, tetapi AT&T melihat peluang untuk memasuki bidang komputer.
Dengan syarikat komputer yang sudah mantap dalam pasaran, AT&T mendapati sukar untuk mengejarnya; strateginya adalah untuk melompat, dan Bellmac-32 adalah papan anjalnya.
Keluarga cip Bellmac-32 telah diberi penghormatan dengan Anugerah Milestone IEEE. Majlis perasmian akan diadakan tahun ini di kampus Nokia Bell Labs di Murray Hill, New Jersey, dan di Muzium Sejarah Komputer di Mountain View, California.
CHIP UNIK
Daripada mengikut piawaian industri cip 8-bit, eksekutif AT&T mencabar jurutera Bell Labs untuk membangunkan produk revolusioner: mikropemproses komersial pertama yang mampu memindahkan 32 bit data dalam satu kitaran jam. Ini memerlukan bukan sahaja cip baharu tetapi juga seni bina baharu—yang boleh mengendalikan pensuisan telekomunikasi dan berfungsi sebagai tulang belakang sistem pengkomputeran masa hadapan.
"Kami bukan sahaja membina cip yang lebih pantas, " kata Michael Condry, yang mengetuai kumpulan seni bina di kemudahan Bell Labs' Holmdel, New Jersey. "Kami cuba mereka bentuk cip yang boleh menyokong kedua-dua suara dan pengiraan."
Pada masa itu, teknologi CMOS dilihat sebagai alternatif yang menjanjikan tetapi berisiko kepada reka bentuk NMOS dan PMOS. Cip NMOS bergantung sepenuhnya pada transistor jenis N, yang pantas tetapi haus kuasa, manakala cip PMOS bergantung pada pergerakan lubang bercas positif, yang terlalu perlahan. CMOS menggunakan reka bentuk hibrid yang meningkatkan kelajuan sambil menjimatkan kuasa. Kelebihan CMOS sangat menarik sehingga industri tidak lama lagi menyedari bahawa walaupun ia memerlukan dua kali lebih banyak transistor (NMOS dan PMOS untuk setiap pintu), ia berbaloi.
Dengan perkembangan pesat teknologi semikonduktor yang diterangkan oleh Undang-undang Moore, kos untuk menggandakan ketumpatan transistor menjadi terurus dan akhirnya boleh diabaikan. Walau bagaimanapun, apabila Bell Labs memulakan perjudian berisiko tinggi ini, teknologi pembuatan CMOS berskala besar tidak terbukti dan kosnya agak tinggi.
Ini tidak menakutkan Bell Labs. Syarikat itu menggunakan kepakaran kampusnya di Holmdel, Murray Hill, dan Naperville, Illinois, dan mengumpulkan "pasukan impian" jurutera semikonduktor. Pasukan itu termasuk Condrey, Steve Conn, bintang yang semakin meningkat dalam reka bentuk cip, Victor Huang, seorang lagi pereka mikropemproses, dan berpuluh-puluh pekerja dari AT&T Bell Labs. Mereka mula menguasai proses CMOS baharu pada tahun 1978 dan membina mikropemproses 32-bit dari awal.
Mulakan dengan seni bina reka bentuk
Condrey ialah bekas Felo IEEE dan kemudiannya berkhidmat sebagai Ketua Pegawai Teknologi Intel. Pasukan seni bina yang dipimpinnya komited untuk membina sistem yang menyokong sistem pengendalian Unix dan bahasa C secara asli. Pada masa itu, kedua-dua bahasa Unix dan C masih di peringkat awal, tetapi ditakdirkan untuk mendominasi. Untuk menembusi had memori yang sangat berharga iaitu kilobait (KB) pada masa itu, mereka memperkenalkan set arahan kompleks yang memerlukan lebih sedikit langkah pelaksanaan dan boleh menyelesaikan tugasan dalam satu kitaran jam.
Jurutera juga mereka bentuk cip yang menyokong bas selari VersaModule Eurocard (VME), yang membolehkan pengkomputeran teragih dan membenarkan berbilang nod memproses data secara selari. Cip serasi VME juga membolehkannya digunakan untuk kawalan masa nyata.
Pasukan itu menulis versi Unixnya sendiri dan memberikannya keupayaan masa nyata untuk memastikan keserasian dengan automasi industri dan aplikasi serupa. Jurutera Bell Labs juga mencipta logik domino, yang meningkatkan kelajuan pemprosesan dengan mengurangkan kelewatan dalam get logik yang kompleks.
Teknik ujian dan pengesahan tambahan telah dibangunkan dan diperkenalkan dengan modul Bellmac-32, projek pengesahan dan ujian berbilang cip yang kompleks yang diketuai oleh Jen-Hsun Huang yang mencapai kecacatan sifar atau hampir sifar dalam pembuatan cip kompleks. Ini adalah yang pertama dalam dunia ujian litar bersepadu berskala sangat besar (VLSI). Jurutera Bell Labs membangunkan pelan sistematik, berulang kali menyemak kerja rakan sekerja mereka, dan akhirnya mencapai kerjasama yang lancar merentas berbilang keluarga cip, yang memuncak dalam sistem mikrokomputer yang lengkap.
Seterusnya datang bahagian yang paling mencabar: pembuatan sebenar cip.
"Pada masa itu, reka letak, ujian dan teknologi pembuatan hasil tinggi sangat terhad," ingat Kang, yang kemudiannya menjadi presiden Institut Sains dan Teknologi Termaju Korea (KAIST) dan rakan IEEE. Beliau menyatakan bahawa kekurangan alat CAD untuk pengesahan cip penuh memaksa pasukan untuk mencetak lukisan Calcomp yang bersaiz besar. Skema ini menunjukkan bagaimana transistor, wayar, dan sambung harus disusun dalam cip untuk memberikan output yang dikehendaki. Pasukan itu memasangnya di atas lantai dengan pita, membentuk lukisan persegi gergasi lebih daripada 6 meter di sisi. Kang dan rakan sekerjanya melukis tangan setiap litar menggunakan pensel warna, mencari sambungan yang rosak dan saling bertindih atau dikendalikan dengan tidak betul.
Setelah reka bentuk fizikal selesai, pasukan menghadapi cabaran lain: pembuatan. Cip dihasilkan di kilang Western Electric di Allentown, Pennsylvania, tetapi Kang ingat bahawa kadar hasil (peratusan cip pada wafer yang memenuhi piawaian prestasi dan kualiti) adalah sangat rendah.
Untuk menangani perkara ini, Kang dan rakan-rakannya memandu ke kilang dari New Jersey setiap hari, menyingsing lengan baju mereka dan melakukan apa sahaja yang perlu, termasuk menyapu lantai dan menentukur peralatan ujian, untuk membina persahabatan dan meyakinkan semua orang bahawa produk paling kompleks yang pernah cuba dihasilkan oleh kilang itu memang boleh dibuat di sana.
"Proses pembinaan pasukan berjalan lancar," kata Kang. "Selepas beberapa bulan, Western Electric dapat menghasilkan cip berkualiti tinggi dalam kuantiti yang melebihi permintaan."
Versi pertama Bellmac-32 dikeluarkan pada tahun 1980, tetapi ia gagal memenuhi jangkaan. Kekerapan sasaran prestasinya hanya 2 MHz, bukan 4 MHz. Jurutera mendapati bahawa peralatan ujian Takeda Riken terkini yang mereka gunakan pada masa itu adalah cacat, dengan kesan talian penghantaran antara probe dan kepala ujian menyebabkan pengukuran tidak tepat. Mereka bekerjasama dengan pasukan Takeda Riken untuk membangunkan jadual pembetulan untuk membetulkan ralat pengukuran.
Cip Bellmac generasi kedua mempunyai kelajuan jam melebihi 6.2 MHz, kadangkala setinggi 9 MHz. Ini dianggap agak pantas pada masa itu. Pemproses Intel 8088 16-bit yang dikeluarkan oleh IBM dalam PC pertamanya pada tahun 1981 mempunyai kelajuan jam hanya 4.77 MHz.
Mengapa Bellmac-32 tidak't menjadi arus perdana
Walaupun dijanjikan, teknologi Bellmac-32 tidak mendapat penggunaan komersial yang meluas. Menurut Condrey, AT&T mula melihat pembuat peralatan NCR pada akhir 1980-an dan kemudian beralih kepada pengambilalihan, yang bermaksud syarikat itu memilih untuk menyokong rangkaian produk cip yang berbeza. Pada masa itu, pengaruh Bellmac-32 telah mula berkembang.
"Sebelum Bellmac-32, NMOS menguasai pasaran," kata Condry. "Tetapi CMOS mengubah landskap kerana ia terbukti cara yang lebih cekap untuk melaksanakannya dalam fab."
Dari masa ke masa, kesedaran ini membentuk semula industri semikonduktor. CMOS akan menjadi asas untuk mikropemproses moden, menjanakan revolusi digital dalam peranti seperti komputer meja dan telefon pintar.
Percubaan berani Bell Labs—menggunakan proses pembuatan yang belum teruji dan menjangkau seluruh generasi seni bina cip—adalah peristiwa penting dalam sejarah teknologi.
Seperti yang dikatakan oleh Profesor Kang: "Kami berada di barisan hadapan dalam apa yang mungkin. Kami bukan hanya mengikut laluan yang sedia ada, kami sedang melancarkan jejak baharu." Profesor Huang, yang kemudiannya menjadi timbalan pengarah Institut Mikroelektronik Singapura dan juga Felo IEEE, menambah: "Ini termasuk bukan sahaja seni bina dan reka bentuk cip, tetapi juga pengesahan cip berskala besar - menggunakan CAD tetapi tanpa alat simulasi digital hari ini atau bahkan papan roti (cara standard untuk menyemak reka bentuk litar sistem elektronik menggunakan cip sebelum komponen litar disambungkan bersama secara kekal)."
Condry, Kang dan Huang mengimbas kembali masa itu dengan penuh kasih sayang dan menyatakan kekaguman atas kemahiran dan dedikasi ramai pekerja AT&T yang usaha mereka menjadikan keluarga cip Bellmac-32 mungkin.
Masa siaran: Mei-19-2025