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

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.

Ludzie, którzy to wszystko zaczęli pod koniec lat sześćdziesiątych

Pisma Roberta Noyce'a. Dobry był z niego fizyk

Fragment patentu na technologie tranzystorowe przyznanego Noyce'owi

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).

Rdzeniowa pamięć magnetyczna, którą z rynku wyparły układy SRAM Intela

Pierwsze czipy SRAM Intela

Intelowskie karty pamięci i pomoce projektowe

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.

4004: pierwsze komercyjne mikroprocesory

Struktura 4004 w powiększeniu

4004 ze swoją rodziną czipów na płytce programowalnego kalkulatora

Kalkulator Busicom: to dla niego powstał pierwszy mikroprocesor

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.

Altair 8800: mikrokomputer dla odważnych

Standard Multibus: Intel jako pierwszy zdołał wprowadzić wspólny dla branży standard łączenia CPU z komputerami

Tak bowiem wygląda świat, w którym nie ma dobrych standardów

Mało kto wie, ale w latach 70 Intel robił zegarki elektroniczne. Estetycznie były lepsze niż większość współczesnych smartwatchy

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.

IBM PC. Prawda, że uroczy?

Był czas, gdy o tym procesorze marzył każdy pecetowiec

Liczby 486 nie pozwolono Intelowi opatentować, i tak oto powstał Pentium

Potem zamiast robić procesory Hexium, Septium itd, firma robiła kolejne Pentiumy

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.

Dobrze wszystkim znane Intel Inside w swoich odmianach

Jeszcze więcej dowodów na Intela w środku maszyny

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.

Krzemowa sztaba, którą kroi się na plastry pod proces fotolitografii

Kiedyś sztaby były znacznie mniejsze

Kolejne warstwy procesu tworzenia czipu. Fotolitografia

Trawienie

Domieszki metaliczne

Warstwa metaliczna

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.

Rosnąca z roku na rok powierzchnia krzemowych wafli

W takich pojemnikach przewożone są krzemowe wafle. Zielony ostrzega, że w tych waflach jest domieszka miedzi

Model fabu Intela. Pomarańczowe piętro to czysty pokój, pozostałe poziomy pełnią funkcje pomocnicze

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.

Jedna z głównych atrakcji Muzeum. Jak szybko poruszasz ręką? Odpowiedź brzmi: zbyt wolno

Przekonywanie zwiedzających, że wzrost należy mierzyć w nanometrach (dobrze, że nie w nanostopach)

Można się też przymierzyć do odzieży ochronnej. Podobno nie we wszystkich działach Intela trzeba takie zakładać

Ci panowie nigdy nie zagrożą żadnemu waflowi krzemu

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.