Tu najstarsze eksponaty nie mają 50 lat, czyli co zobaczyliśmy w Muzeum Intela

O autorze

Adam Golański

@eimi

Hodowca maszyn wirtualnych i psów, poza tym stary linuksiarz, bonvivant i śmieszek. W 2012 roku napisał na DP o algorytmie haszowania Keccak i wciąż pamięta, jak on działa.

Intel budując przyszłość szeroko (naprawdę szeroko) rozumianej techniki półprzewodnikowej, nie zapomina o swojej przeszłości – i nie bez powodu. Choć dziś konkurenci w wielu aspektach Intela doganiają, a w niektórych potrafią zaoferować rozwiązania lepsze i ciekawsze, to jednak właśnie firma z Santa Clara przez kolejne dziesięciolecia wprowadzała na rynek przełomowe innowacje, to właśnie Intelowi zawdzięczamy taki a nie inny kształt współczesnych komputerów. Fragmenty tej spektakularnej przeszłości zgromadzono w Muzeum Intela, placówce znajdującej się w kalifornijskiej centrali firmy i służącej nie tylko prezentacji eksponatów-wynalazków, ale też i edukacji w zakresie technologii produkcji i fizyki półprzewodników.

Pewnie wiecie, że założony w 1968 roku przez Gordona Moore'a i Roberta Noyce'a Intel nie zajmował się od początku mikroprocesorami. Nic w tym dziwnego, mikroprocesorów wtedy jeszcze nie było. Pierwszymi produktami firmy były pamięci SRAM. Model 3101 to 64-bitowy układ pamięci na tranzystorach Schottky'ego, rozwiązanie rewolucyjne – znacznie mniejsze i szybsze od zapomnianych dziś a stosowanych wtedy powszechnie rdzeniowych pamięci magnetycznych jak i konkurencyjnych układów z Japonii i USA. Powstały w zaledwie rok po założeniu firmy układ 1101 był pierwszym na świecie 256-bitowym komercyjnym czipem SRAM wykonanym na tranzystorach polowych z izolowaną bramką (MOSFET).

Powstanie pierwszego mikroprocesora – układu 4004 – ma ciekawą historię. Japońska firma Busicom Corp. zaprojektowała sobie specjalizowany czipset dla programowalnego kalkulatora Busicom 141-PF i zleciła w 1971 roku Intelowi jego wykonanie. Intel uznał jednak, że proponowana przez Japończyków konstrukcja jest zbyt skomplikowana i wymaga zastosowania aż 40-pinowego czipu (a były to czasu układów z 16 nóżkami) i zaproponował własną konstrukcję, wykorzystującą nowo opracowaną pamięć DRAM, korzystającą ze zredukowanej listy rozkazów i mieszczącą się w standardowym formacie. Gdy siłami Federico Faggina i Teda Hoffa projekt został zrealizowany, kalifornijska firma zrozumiała, że ma w ręku coś naprawdę wielkiego.

Zbudowany w procesie 10 µm 4004 zawierał 2300 tranzystorów taktowanych zegarem 740 kHz i był w stanie wykonać aż 92 tys. instrukcji na sekundę. By ograniczyć liczbę pinów, wykorzystywał pojedynczą 4-bitową szynę, za pomocą której mógł przekazać 12-bitowe adresy, 8-bitowe instrukcje i 4-bitowe słowa danych. Maksymalny obszar adresowania pamięci – 1280 4-bitowych słów, co przekłada się na 640 bajtów. Jak widać, były czasy, gdy 640 bajtów wystarczyło każdemu. 4004 miał też towarzystwo – czipy ROM (4001), RAM (4002), rejestru przesuwającego (4003), translatora adresowania pamięci (4008), konwertera dostępu do zwykłych czipów pamięci (4009), interfejsu klawiatury i wyświetlacza (4269) interfejsu pamięci (4289). Z tymi czipami można było budować komputery o przeróżnej ilości pamięci i urządzeniach zewnętrznych. Warto wspomnieć o procesie projektowania tych czipów – wzór ręcznie wycinano w taśmie maskującej Rubylith, po czym pomniejszano go stokrotnie za pomocą soczewek i odtwarzano na szklanej płycie.

Rok później debiutuje pierwszy 8-bitowy mikroprocesor 8008 (to już 3500 tranzystorów), ale prawdziwym przełomem jest pojawienie się w 1974 roku procesora 8080, który miał już 40 pinów i rozdzielał szynę adresową od szyny danych, znacznie upraszczając i przyspieszając dostęp do pamięci. Z maksymalną częstotliwością zegara 2 MHz, ten wykonany w procesie 6 µm czip był określany czasem jako „pierwszy nadający się do użytku mikroprocesor”. To na jego bazie powstał słynny Altair 8800, od którego zaczęła się mikrokomputerowa rewolucja – za niecałe 450 ówczesnych dolarów można było kupić drogą wysyłkową zestaw części do samodzielnego montażu, z których po złożeniu uzyskiwaliśmy maszynę do samodzielnego programowania w assemblerze (później pojawił się interpreter BASIC-a). Programowanie było wówczas czynnością dla prawdziwych mężczyzn – ustawiało się przełączniki na frontowym panelu, by zakodować pojedynczą instrukcję 8080, a następnie kliknięciem przełącznika przekazywało do pamięci. W ten sposób, od Altaira 8800, zaczęli swój biznes panowie Bill Gates i Paul Allen, założyciele firmy Micro-Soft.

Kolejny przełomowy punkt w historii Intela to oczywiście 8086, pierwszy 16-bitowy mikroprocesor tej firmy, za sprawą którego pojawił się pierwszy PC i w którym swój początek wzięła architektura x86. Tę historię już pewnie znacie znacznie lepiej – mimo prób tak Intela jak i konkurencji zastąpienia x86 czymś innym (np. architekturami o zredukowanej liczbie rozkazów RISC), x86 pozostaje dominującą rodziną mikroprocesorów, przynajmniej w segmencie komputerów osobistych i serwerów.

Inercja rynku jak i inwestycje poczynione w procesy technologiczne sprawiają, że to co zaczęło się od x86 jest praktycznie nie do wyparcia – jak Intel się sam przekonał, próbując na rynek wprowadzić czipy Itanium. W pewien sposób pokazuje to, że Intel jest w mniejszym stopniu dziś twórcą mikroprocesorów, co twórcą procesów produkcji mikroprocesorów, budując swoją przewagę nad konkurencją przewodnictwem w wyścigu miniaturyzacyjnym.

Stąd też nic dziwnego, że znaczna część wystawy jest poświęcona właśnie tym procesom, poczynając od surowych sztab krzemu, z których wycina się plastry pod naświetlanie w procesie fotolitografii, przez moduły transportowe takich plastrów czy odzież roboczą dla pracowników półprzewodnikowych fabów, po wreszcie samą konstrukcję placówek, w których czipy są produkowane oraz stosowanych w nich technik oczyszczania powietrza.

By zaś pomóc w wyjaśnieniu kwestii nanoskali tych procesów, Muzeum zachęca do skorzystania z pomocy edukacyjnych – gier i makiet, które mają uświadomić zwiedzającym, jak bardzo duzi jesteśmy i powolni w porównaniu do tych wszystkich półprzewodnikowych spraw.

Jest Muzeum Intela więc bardzo dobrym odzwierciedleniem tego, czym Intel jest dzisiaj: zbudowanym z pasji kilku geniuszy przemysłowym gigantem, który na dobre i na złe jest ożeniony ze swoją historią (mimo, że jego współzałożyciel Noyce naucza, by się od historii uwolnić).

Niestety Roberta Noyce'a nie ma już wśród nas, ale Gordon Moore wciąż żyje, i może tylko sobie gratulować, patrząc, jak dzięki staraniom firmy którą współtworzył, ludzkość przeszła w ciągu nieco ponad czterdziestu lat od czipów wykonanych w procesie dziesięciu milionowych metra do czipów wykonanych w procesie dziesięciu miliardowych metra. Te trzy rzędy wielkości zmieniły praktycznie każdą dziedzinę funkcjonowania cywilizacji i człowieka – i choć zapewne gdyby nie Intel też do tego byśmy doszli, to jednak gdyby nie Intel, zajęłoby to nam znacznie więcej czasu.