Ketibaan cip ini telah mengubah hala tuju pembangunan cip!
Pada akhir 1970-an, pemproses 8-bit masih merupakan teknologi paling canggih pada masa itu, dan proses CMOS berada dalam kedudukan yang kurang menguntungkan dalam bidang semikonduktor. Jurutera di AT&T Bell Labs mengambil langkah berani ke masa depan, menggabungkan proses pembuatan CMOS 3.5-mikron yang canggih dengan seni bina pemproses 32-bit yang inovatif dalam usaha untuk mengatasi pesaing dalam prestasi cip, mengatasi IBM dan Intel.
Walaupun ciptaan mereka, mikropemproses Bellmac-32, gagal mencapai kejayaan komersial seperti 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 logam-oksida (CMOS) pelengkap yang dipelopori oleh Bellmac-32.
Tahun 1980-an semakin hampir, dan AT&T sedang cuba mengubah dirinya. Selama beberapa dekad, gergasi telekomunikasi yang digelar "Mother Bell" telah menguasai perniagaan komunikasi suara di Amerika Syarikat, dan anak syarikatnya Western Electric menghasilkan hampir semua telefon biasa di rumah dan pejabat Amerika. Kerajaan persekutuan AS mendesak pembubaran perniagaan AT&T atas dasar antitrust, tetapi AT&T melihat peluang untuk memasuki bidang komputer.
Dengan syarikat komputer yang sudah mantap di pasaran, AT&T mendapati sukar untuk mengejar ketinggalan; strateginya adalah untuk melompat jauh, dan Bellmac-32 adalah batu loncatannya.
Keluarga cip Bellmac-32 telah dianugerahkan Anugerah Pencapaian IEEE. Majlis pelancaran akan diadakan tahun ini di kampus Nokia Bell Labs di Murray Hill, New Jersey dan di Muzium Sejarah Komputer di Mountain View, California.
CIP UNIK
Daripada mengikuti 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 bukan sahaja memerlukan cip baharu tetapi juga seni bina baharu—cip 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 di Holmdel, New Jersey. "Kami cuba mereka bentuk cip yang boleh menyokong kedua-dua suara dan pengkomputeran."
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 dahagakan 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 begitu menarik sehingga industri tidak lama kemudian menyedari bahawa walaupun ia memerlukan dua kali ganda transistor (NMOS dan PMOS untuk setiap get), ia berbaloi.
Dengan perkembangan pesat teknologi semikonduktor yang digambarkan oleh Hukum Moore, kos penggandaan ketumpatan transistor menjadi terkawal 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 memanfaatkan kepakaran kampusnya di Holmdel, Murray Hill, dan Naperville, Illinois, dan membentuk "pasukan impian" jurutera semikonduktor. Pasukan itu terdiri daripada Condrey, Steve Conn, bintang yang sedang meningkat naik 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 merupakan bekas Felo IEEE dan kemudiannya berkhidmat sebagai Ketua Pegawai Teknologi Intel. Pasukan seni bina yang diketuainya komited untuk membina sistem yang menyokong sistem pengendalian Unix dan bahasa C secara natif. Pada masa itu, kedua-dua Unix dan bahasa C masih di peringkat awal, tetapi ditakdirkan untuk mendominasi. Untuk menembusi had memori kilobait (KB) yang sangat berharga pada masa itu, mereka memperkenalkan set arahan kompleks yang memerlukan lebih sedikit langkah pelaksanaan dan boleh menyelesaikan tugas dalam satu kitaran jam.
Jurutera juga mereka bentuk cip yang menyokong bas selari VersaModule Eurocard (VME), yang membolehkan pengkomputeran teragih dan membolehkan berbilang nod memproses data secara selari. Cip yang serasi dengan VME juga membolehkannya digunakan untuk kawalan masa nyata.
Pasukan itu menulis versi Unix mereka sendiri dan memberikannya keupayaan masa nyata untuk memastikan keserasian dengan automasi perindustrian dan aplikasi serupa. Jurutera Bell Labs juga mencipta logik domino, yang meningkatkan kelajuan pemprosesan dengan mengurangkan kelewatan dalam get logik kompleks.
Teknik ujian dan pengesahan tambahan telah dibangunkan dan diperkenalkan dengan modul Bellmac-32, satu projek pengesahan dan ujian berbilang cip kompleks yang diketuai oleh Jen-Hsun Huang yang mencapai kecacatan sifar atau hampir sifar dalam pembuatan cip kompleks. Ini merupakan ujian litar bersepadu (VLSI) berskala sangat besar yang pertama dalam dunia. Jurutera Bell Labs telah membangunkan pelan sistematik, berulang kali menyemak kerja rakan sekerja mereka, dan akhirnya mencapai kerjasama yang lancar merentasi pelbagai keluarga cip, yang memuncak dalam sistem mikrokomputer yang lengkap.
Seterusnya datang bahagian yang paling mencabar: pembuatan cip sebenar.
“Pada masa itu, teknologi susun atur, ujian dan pembuatan hasil tinggi sangat terhad,” Kang mengimbas kembali, yang kemudiannya menjadi presiden Institut Sains dan Teknologi Lanjutan Korea (KAIST) dan seorang felo IEEE. Beliau menyatakan bahawa kekurangan alat CAD untuk pengesahan cip penuh memaksa pasukan mencetak lukisan Calcomp yang bersaiz besar. Skema ini menunjukkan bagaimana transistor, wayar dan sambungan antara satu sama lain harus disusun dalam cip untuk memberikan output yang diingini. Pasukan itu memasangnya di atas lantai dengan pita, membentuk lukisan segi empat sama gergasi lebih daripada 6 meter pada satu sisi. Kang dan rakan-rakannya melukis setiap litar dengan tangan menggunakan pensel warna, mencari sambungan yang rosak dan sambungan antara satu sama lain yang bertindih atau tidak dikendalikan dengan betul.
Sebaik sahaja reka bentuk fizikal selesai, pasukan itu menghadapi satu lagi cabaran: pembuatan. Cip tersebut dihasilkan di kilang Western Electric di Allentown, Pennsylvania, tetapi Kang teringat 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 diperlukan, 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 sememangnya 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 telah dikeluarkan pada tahun 1980, tetapi ia gagal memenuhi jangkaan. Frekuensi sasaran prestasinya hanya 2 MHz, bukan 4 MHz. Para jurutera mendapati bahawa peralatan ujian Takeda Riken yang canggih yang mereka gunakan pada masa itu mempunyai kecacatan, dengan kesan talian penghantaran antara prob dan kepala ujian menyebabkan pengukuran yang tidak tepat. Mereka bekerjasama dengan pasukan Takeda Riken untuk membangunkan jadual pembetulan bagi 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'tidak menjadi arus perdana
Walaupun menjanjikan, teknologi Bellmac-32 tidak mendapat penerimaan komersial yang meluas. Menurut Condrey, AT&T mula melihat pengeluar 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 sebagai cara yang lebih cekap untuk melaksanakannya dalam fabrikasi.”
Lama-kelamaan, kesedaran ini telah membentuk semula industri semikonduktor. CMOS akan menjadi asas bagi mikropemproses moden, sekali gus memperkasakan revolusi digital dalam peranti seperti komputer meja dan telefon pintar.
Eksperimen berani Bell Labs—menggunakan proses pembuatan yang belum teruji dan merangkumi seluruh generasi seni bina cip—merupakan peristiwa penting dalam sejarah teknologi.
Seperti yang dinyatakan oleh Profesor Kang: “Kami berada di barisan hadapan dalam apa yang mungkin. Kami bukan sahaja mengikuti laluan sedia ada, kami juga sedang mengobarkan jejak baharu.” Profesor Huang, yang kemudiannya menjadi timbalan pengarah Institut Mikroelektronik Singapura dan juga merupakan Felo IEEE, menambah: “Ini bukan sahaja merangkumi seni bina dan reka bentuk cip, tetapi juga pengesahan cip berskala besar – menggunakan CAD tetapi tanpa alat simulasi digital atau papan roti hari ini (cara standard untuk menyemak reka bentuk litar sistem elektronik menggunakan cip sebelum komponen litar disambungkan secara kekal bersama).”
Condry, Kang dan Huang mengimbau kembali masa itu dengan penuh kasih sayang dan meluahkan rasa kagum terhadap kemahiran dan dedikasi ramai pekerja AT&T yang usaha mereka telah memungkinkan keluarga cip Bellmac-32.
Masa siaran: 19 Mei 2025