Federico Fadgin se je Intelu pridružil, da je vizijo Teda Hoffa pretvoril v silikonsko realnost. V manj kot letu dni je s svojo ekipo ustvaril mikroprocesor 4004, ki je bil uveden novembra 1971. Prvi velik problem za Fadzina je bil razvoj metodologije za uporabo nove tehnologije silicijevih vrat. To je omogočilo ustvarjanje kompleksnih shem na drugačen način. Ker nič takega ni storil nihče, je bilo treba začeti vse iz nič. Federico Fagin je uspel - sam je razvil čip v samo 9 mesecih leta 1970. To je fantastično kratko obdobje v primerjavi z Intelovimi procesorji naslednjih generacij. Na primer, za izdelavo 32-bitnega čipa je bilo potrebnih 100 oseb-let.

Konstruktivna izvedba

Silikonska konstrukcija vrat, ki jo je ustvaril Federico Fajin, je prvi mikroprocesor postala resničnost leta 1971. To je bilo nenavadno, saj povezovanje takšne kompleksnosti še nikoli ni bilo doseženo. Fadzin je lahko razvil procesor Intel 4004 samo zaradi svojih inovacij v tehnologiji MOS za proizvodnjo integriranih vezij. Začetni prenos in skrit kontakt sta postali ideji, ki sta bili podlaga za prvo uporabljeno metodologijo za načrtovanje, dovoljeno je bilo ohraniti Hoffino arhitekturo in jo izvajati leta 1970. Brez tega bi bilo nemogoče, ker bi bil rezultat prepočasen in drag, da bi imel praktično uporabo. . Zato izum ni bil razviti preprost model CPU,pomanjkanje, ki v tistem času ni bilo, ampak pri ustvarjanju in izvajanju tehnologije, ki je prvič dovoljena, da se na isti kristal vse funkcionalne bloke procesorja.


Ted Hoff je upal, da bi lahko predlagano arhitekturo in nabor ukazov namestili na en kristal. Vendar ni mogel oceniti izvedljivosti projekta ali ga izvajati, ker ni bil razvijalec ILO. Federico Fadzin je izumil zasnovo in postavitev 2300 poljubnih logičnih tranzistorjev na kristalu 3 x 4 mm, poceni, 5-krat hitreje, in dvojno postavitev elementov kot takratna tehnologija ILO. Metodologija Fadjina je bila preboj in je bila uporabljena v vseh zgodnjih mikroprocesorjih podjetja. Italijanski inženir je vodil projekt do uspešnega zaključka in igral vlogo pri pospeševanju novega procesorja Intel, kar je vodstvu podjetja pokazalo, da se čip lahko uporablja ne le v kalkulatorjih.

Specifikacije

Specifikacije za procesor Intel 4004 so naslednje:

Površina kristala: 12 mm 2.

Največja taktna frekvenca: 740 kHz.

Čas cikla: 108 μs (8 ciklov /cikel ekipe).

Ukazni čas je 1 ali 2 cikla ukaza (108 ali 216 μs), 46300-92600 ukazov na sekundo.

Dodajanje dveh 8-mestnih številk (vsaka po 32 bitov) traja 850 μs, tj. 79 ciklov ukazov, približno 10 ciklov na decimalno število.

Ločeno shranjevanje programov in podatkov. Za razliko od modelov, ki temeljijo na Harvardu in uporabljajo ločene pnevmatike, ima model 4004 enegamultipleksirana 4-bitna vodila za prenos 12-bitnih naslovov, 8-bitnih ukazov in 4-bitnih podatkovnih besed.

Neposredno naslavljanje je 51220 bitov (640 bajtov) RAM-a, ki je organizirano v obliki 1280 4-bitnih "znakov", od katerih 1024 predstavlja podatke in 256-stanje.

Neposredno naslavljanje 32768 bitnega ROM-a (4096 bajtov).

Komplet 46 ekip (41 od njih je širokih 8 bitov in visokih 5-16 bitov).

16 registrov za 4 bitov.

Notranji sveženj podprogramov v globini 3.

Naročilo Busicom

Računalnik s shranjenim programom, ki se je uporabljal kot kalkulator v petdesetih in šestdesetih letih, je bil eden najboljših dosežkov povojnega obdobja in je bil znan vsem inženirjem, ki so delo v industriji polprevodnikov. Leta 1969 se je japonski proizvajalec kalkulatorjev Busicom obrnil na Intel, da bi prevedel v silicij svojo logično zasnovo za serijo kalkulatorjev. Njihov pristop je bil, da so na svetovnem sejmu v New Yorku leta 1965 na svetovnem sejmu v New Yorku ponovili uvedbo prvega svetovnega računalniškega kalkulatorja, ki ga je mogoče programirati, in ga prodal v istem letu. Programma 101 je imela CPU (centralna procesna enota) in ROM (naprava za neprekinjeno shranjevanje) s sekvenčnim branjem in pisanjem, ki sta bila izvedena iz diskretnih komponent. Busicom je ponudil podobno arhitekturo, ki je vključevala implementacijo procesorja na treh MOS čipih ROM in register za še dva, z dvema drugimi I /O čipi.

Arhitektura MCS-4

Vodja oddelka za aplikativne raziskave, Ted Hoff, je priznal, da je kompleksnost zasnove Busicom sestavljena iz uporabe serijskega pomnilnika,in odkar je Intel razvil svoj prvi dinamični pomnilnik (operacijski pomnilnik), je videl, da je zasnovo mogoče močno poenostaviti z uporabo tradicionalne in bolj vsestranske računalniške arhitekture, ki temelji na RAM-u. Z uporabo Masonovega zidu in interakcije z inženirji Busicom, vključno z Masatoshi Sima, je Hoff oblikoval arhitekturo MCS-4 z zmanjšanjem zasnove s 7 na 4 žetone. Hoff je verjel, da je CPU mogoče implementirati v en sam 4-bitni mikroprocesor, toda niti on niti Mazore nista razvijalci ILO, in Intel ni imel zmožnosti ustvariti kompleksnih IP-jev s poljubno logično strukturo. Zato je bil Hoffov predlog približno šest mesecev neuporaben, medtem ko Federico Fadgin, ki je vodil ta projekt, aprila 1970 ni bil zaposlen.

Inovativna tehnologija

Federico Fadzin se je preusmeril na podjetje Intel iz podjetja Fairchild Semiconductor, kjer je leta 1968 razvil tehnologijo MOS s silicijskimi vrati in ustvaril prvo komercialno svetovno 3708. Integrirano vezje 3708. Sprejel ga je podjetje Intel in kasneje svetovni polprevodniški industriji, in za 40 let je bila osnovna struktura, ki je bila uporabljena v skoraj vseh čipov. Gordon Moore, soustanovitelj podjetja Intel, je priznal, da je glavni element njenega zgodnjega uspeha ravno ta korak. Tehnologija MOS s silicijskimi vrati je zagotavljala konkurenčne lastnosti Intel 4004: čip je bil približno petkrat hitrejši, imel je 100-krat manj skoka uhajanja in 2-krat več logičnih tranzistorjev kakršnega koli tipa kot čipenake velikosti, izdelane z aluminijastimi polkni in razpršene enake moči. To je omogočilo ustvarjanje prvih komercialno uspešnih dinamičnih pomnilnikov RAM, senzorja CCD (naprave s priključkom za polnjenje), hlapnih naprav za shranjevanje in mikroprocesorjev. Prvič v zgodovini je procesor vseboval vse komponente računalnika splošnega namena.

Ustvarjanje nove oblike in označevanja

Ted Hoff ni bil oblikovalec MOSFET-ov. Njegova vloga je bila ustvarjanje arhitekture in nadaljnja podpora izdelkov. Po določitvi niza ukazov je bil projekt prenesen na ekipo ILO razvijalcev, ki jo je vodil Federico Fajin. Delo je potekalo zelo hitro, v 9 mesecih pa so nastali trije glavni žetoni. Zadnji izmed njih je bil januarja 1971 mikroprocesor Intel 4004. V skladu z zidom Mazurja je Fadzinova zasluga v tem, da je izvedel projektiranje, Hoffa pa je ustvarjal prvotni koncept in arhitekturo. Masor je bil nekakšen posrednik, ki je pomagal, kar je lahko, in storil, kar je lahko. Federico Fajin je razvil metodologijo za oblikovanje struktur MDN silicijevih vrat, ki se uporabljajo v poljubnih logičnih vezjih. To je bilo potrebno, ker je nova tehnologija zahtevala drugačno zasnovo in še posebej postavitev. Po Faginu se je odločil, da namesto oblikovanja logike ločeno, in potem sheme, bi jo bilo treba narediti skupaj na enem listu. V tem primeru je treba upoštevati, kolikor je mogoče, lokacijo prevodnikov in tranzistorjev, ki so čim bližjekončna razporeditev. Očitno je bilo v ta namen potrebno predhodno opraviti splošno načrtovanje čipov, da bi poznali namestitev različnih blokov. Takrat je pojasnil metodologijo za oblikovanje takšnih shem. Oblikovanje novega procesorja Intel in projektnega vodenja MCS-4 od začetka razvoja do proizvodnje bi lahko upravljal le tisti, ki je lahko uvedel inovacije v procesni tehnologiji, postavitvi čipov, načrtovanju vezij, logičnemu načrtovanju in računalniški arhitekturi. Takšne spretnosti in znanja je Fadgin pridobil s svojo izobrazbo in delovnimi izkušnjami, preden se je pridružil podjetju Intel. Po diplomi na Tehnični univerzi v Vicenzi (Italija) je sodeloval pri razvoju in izdelavi majhnega tranzistorskega eksperimentalnega računalnika z magnetnimi spominskimi jedri v podjetju Olivetti v Borglombardo (Italija) pri starosti 19 let. Nato je diplomiral z odliko na Univerzi v Padovi in ​​začel delati na tehnologiji ILO, ko je ustvaril 2 komercialna čipa, ko je delal v SGS-Fairchild (zdaj ST Micro). Leta 1968 je bil poslan v R&R Fairchild Semiconductor v Palo Altu (Kalifornija), kjer je ustvaril tehnologijo ILO s silicijevim prehodom in druge.

Resnične inovacije

Konceptualizacija prvega procesorja, ki je postal glavni prispevek Hoffa k projektu 4004, je potekala tudi v drugih podjetjih. Do istega zaključka je prišlo več skupin neodvisno drug od drugega. Zato je bila glavna stvar v izumu mikroprocesorja izdelava ekonomsko izvedljivega izdelka. Samo ena oseba na svetu je znala narediti naslednji korak in prevesti arhitekturo v delovno zasnovo. Bilo jeFederico Fajin Brez tega ne bi bil nikoli zgrajen prvi mikroprocesor. Tudi v Fairchildu je izumil tehnologijo, ki je postavila temelje za prihodnje naprave. Ko je začel delati pri Intelu, je popravil manjkajoče Hoffove napake, nato pa je naredil prvi Intel 4004 čip, nato vodil razvoj 8008 in bil glavni arhitekt 8080. Takrat so inženirji vedeli, kako ustvariti majhne računalnike, narediti logično zasnovo CPU. in ustvarjanje programov. Zamisel o mikroprocesorju, torej o postavitvi na en sam kristal univerzalnega računalnika, se je prav tako razširila v zrak. Nekatere arhitekture so bile že izvedene na več MOS čipih. Vendar pa nihče ni vedel, kako namestiti 2300 poljubnih logičnih tranzistorjev - najmanjši znesek, ki je potreben za preprost procesor - dovolj majhen čip, da je bila proizvodnja poceni, hitrost je bila visoka in je bila moč dovolj razpršena, da bi jo lahko namestili v obstoječih primerih. Tako je bila resnična inovacija v mikroprocesorju v njeni postavitvi na enem silicijevem čipu, saj je bilo vse prej opravljeno. In Fadhina je uspela brez pomembne pomoči Teda Hoffa in zidu zidarja. Edini, ki mu je pomagal, je inženir Busicom Masatoshi Sima. Prišel je v Intel, da bi preveril napredek naročila v nekaj dneh po tem, ko je bil Fadhine najet. Ugotovil je, da v zadnjih 6 mesecih ni bilo napredka. Glede na zamudo pri projektu in odsotnost kakršnega koli Intelovega inženirja, ki bi lahko pomagal Simeju, je bilo dovoljenobivanje 6 mesecev, da se pospeši delo. Vendar pa je malo vedel o integriranih vezjih in čeprav je bil zelo koristen, je vse kreativne odločitve sprejel Fadzin. Vodja slednjega, Leslie Wadesh, je bil tako zaskrbljen zaradi zasnove modela 1103 (prvega 1024-bitnega dinamičnega RAM-a, ki je veljal za prihodnost Intel), ki ni mogel zagotoviti tehničnega nadzora nad projektom MCS-4. Po uspehu leta 4004 je Fadzin vodil uvedbo 8008 in zasnoval in določil arhitekturo najuspešnejših prvih procesorjev - 4040 in 8080.

Dvojniki razvijalcev

Po mnenju Mason's Walla sta on in Ted Hoff verjela, da je Intel 4004 preveč agresiven. Niso bili prepričani, kaj storiti, zato so začeli z drugim čipom 4005. To je bil skupni projekt z MIL, ki je bil Intelov partner v Kanadi. Opredelili so veliko enostavnejšo arhitekturo kot 4004. Kanadsko podjetje je moralo razviti čip, medtem ko je Intel zagotovil spomin. Izkazalo se je, da ni mogla narediti 4005. Hoff in Mazore leta 1994 nista bila prepričana o izvedljivosti 4004. Zato so nekaj mesecev po tem, ko se je Fadzin pridružil Intelu, ustvarili enostavnejšo arhitekturo 4005 in jo dali kanadskemu podjetju MIL za razvoj. Vendar inženirji MIL ne morejo narediti mikroprocesorja. Postalo je jasno, da je celo ustvarjanje preprostega čipa daleč od rutinskega dela. Poleg tega sta Hoff in Masor dvomila, da bi bila 4004 lahko koristna za aplikacije, ki niso kalkulatorji, blagajne itd. Mislile so, da bi samo 1201 in kasneje in 8008 imeli dokaj vsestransko arhitekturo, ki bi se uporabljala v različnih aplikacijah.Po zaključku projekta 4004 je Fadgin pokazal, da se mikroprocesor lahko uporablja v različnih nadzornih sistemih in pozval vodstvo, naj Intel 4004 prenese na trg.

Napake 8008

Drug primer, kako je bila potrebna Fajinova metodologija, je arhitektura Intel 8008, ki jo je prvotno razvila družba Computer Terminal Corporation (CTC). Delo na čipu, imenovanem 1201, se je začelo, preden se je Fadgin pridružil Intelu, vendar projekt, dodeljen razvijalcu samovoljne logike, ki se je preklopil iz splošnega instrumenta, ni šel daleč, ker takrat ni bilo metodologije ali knjižnic. sheme. Dela na 8008 so bila prekinjena in obnovljena šele leto Intel 4004.

Mikroprocesor TI

Drug primer je prvi enojni CPU, ki je postal drugi vir za 8008 CTC, ki ga je naročil Texas Instruments. Napovedan v medijih sredi leta 1971, le nekaj mesecev po uspešni izdelavi 4004, ta procesor nikoli ni nikoli delal in nikoli ni bil prodan. Ustvarjena je bila z MOS tehnologijo s kovinskim podjetjem, ki je imelo dolgoletne izkušnje pri razvoju IP z kompleksno poljubno logiko. V primerjavi s procesorjem Intel-8008 je bila velikost čipov TI dvakrat večja, kar zagotavlja enako funkcionalnost. Hitrost in izguba moči nista bili nikoli objavljeni.

Primer po

Po zaključku projekta 4004 so drugi inženirji, tako znotraj kot zunaj podjetja Intel, lahko raziskali tehnike, ki jih je uporabil Fagin, tako da je raziskoval oblikovanje v okvirumikroskop. Isti slog je bil uporabljen v vseh drugih zgodnjih mikroprocesorjih Intel in Zilog.

4004 je postala prva v zgodovini procesorja, izdelanega na tehnologiji silicijevega zaklepanja. Takrat je bil napreden vgrajen čip. Njegovo ustvarjanje je zahtevalo ne le izjemne ustvarjalne sposobnosti in veščine oblikovalca, temveč tudi globoko poznavanje nove tehnologije, ki bi lahko imela samo svojega razvijalca. Poleg tega je bilo za uspešno dokončanje projekta, ki naj bi se končalo v 10 mesecih zaradi prejšnjih neizpolnjenih obveznosti do naročnika, potreben velik pogum, motivacija, vodstvene sposobnosti in dosledno intenzivno delo.