První klony
A je to velmi jednoduché. Jak si pamatujeme, v NII-35 seděl v teplé pozici hlavy jistý B.V. Malin, jehož veškerá velikost jako konstruktéra spočívala v jeho otci V.N. Malinovi, vedoucím generálního oddělení ÚV KSSS. Shokin přirozeně velmi miloval a respektoval takového užitečného člověka. A jak si pamatujeme, Malin patřil mezi ty šťastlivce, kteří po stranické linii zametli do USA na stáž v oboru mikroelektroniky.
Trénovali do roku 1962 a rádi by pokračovali i do roku 1970, ale došlo ke karibské krizi a ke stavbě Berlínské zdi. A vztahy mezi SSSR a USA byly úplně zkažené. Ze služební cesty si Malin přivezl suvenýr – získal až šest vzácných TI SN510. Vzhledem k tomu, že zelenogradské centrum už bylo založeno a bylo potřeba v něm rychle začít něco vyrábět (a designéři od stranických šéfů se nějak moc nepovedli), Malin prostě ukázal Shokinovi vzorky a ten nařídil okamžitě zkopírovat .
Dejme slovo samotnému Malinovi. Zde je citát z jeho osobní zprávy Shokinovi o výsledcích cesty:
Vyslechl si zprávu, podíval se na schéma mikroskopem a řekl: reprodukujte bez jakýchkoli odchylek, dávám vám lhůtu tří měsíců.
V mládí jsem se neubránil smíchu.
- Proč se směješ, odstavená z našeho tempa tam v Americe? Já, člen ústředního výboru, jsem řekl: reprodukovat znamená množit! A ty, abych se nesmál, budeš můj hlavní konstruktér a budeš se mi každý měsíc hlásit na tabuli.
Poté, co se A. I. Shokin trochu zamyslel, se přesto zeptal - kolik si myslíte, že potřebujete?
Odpověděli jsme, že to trvá tři roky...
Operační schémata z NII-35 byla předvedena Shokinovi v roce 1965 ...
Sériová výroba zvládnutá v roce 1967.
V mládí jsem se neubránil smíchu.
- Proč se směješ, odstavená z našeho tempa tam v Americe? Já, člen ústředního výboru, jsem řekl: reprodukovat znamená množit! A ty, abych se nesmál, budeš můj hlavní konstruktér a budeš se mi každý měsíc hlásit na tabuli.
Poté, co se A. I. Shokin trochu zamyslel, se přesto zeptal - kolik si myslíte, že potřebujete?
Odpověděli jsme, že to trvá tři roky...
Operační schémata z NII-35 byla předvedena Shokinovi v roce 1965 ...
Sériová výroba zvládnutá v roce 1967.
Kromě zcela typické despotické hrubosti, příznačné pro všechny typy sovětských bossů (tématu nerozumím, ale jsem členem ústředního výboru!), vidíme i jejich typické nepochopení tématu. Sériová výroba v malých sériích v roce 1967 kopií amerických mikroobvodů, vydaných v roce 1962 a zastaralých pět let ... To byl verdikt pro veškerou domácí elektroniku, od té chvíle jsme se navždy změnili v outsidery, a to je s plnou příležitostí rozvíjet nezávislý vývoj! Malin (z nějakého důvodu s hrdostí) vzpomíná:
Od roku 1959 byl vývoj domácích křemíkových integrovaných obvodů ve skutečnosti nepřetržitým procesem konkurenčního korespondenčního boje s Jackem Kilbym. Existovaly koncepty opakování a kopírování amerických technologických zkušeností – metody tzv. „reverzního inženýrství“ europoslance. Prototypy a výrobní vzorky křemíkových integrovaných obvodů pro reprodukci byly získány z USA a jejich kopírování bylo přísně regulováno příkazy europoslance (ministra Shokina). Koncept kopírování byl ministrem přísně kontrolován více než 19 let, během nichž autor pracoval v systému MEP, až do roku 1974.
Zatloukání hřebíků do rakve domácí mikroelektroniky z let 1962 až 1974 v podobě skutečné krádeže léty zastaralých amerických integrovaných obvodů „předního inženýra“ vůbec nerozčiluje.
Prvním klonem vyrobeným v závodě Fryazino v rámci projektu NII-35 byl TS-100, úplný analog TI SN510 (technologie planárního křemíku). Vydání však nebylo snadné:
...na řešení tohoto problému pracoval tým 250 lidí z vědeckotechnického oddělení NII-35 a experimentální dílna speciálně vytvořená na katedře.
A to se zcela existující a fungující technologií Osokin! Bohužel závod RZPP neměl takovou politickou váhu a tak mocné mecenáše.
Malin měl nejen k Šokinovi blízko, ale byl v úzkém kontaktu s předsedou vojensko-průmyslového komplexu Smirnovem, předsedou Akademie věd Keldyšem a Kosyginem, který nahradil Mikojana ve funkci předsedy Rady ministrů SSSR, který ve skutečnosti vládl zemi souběžně s Chruščovem. Obyvatelé Rigy přirozeně neměli v tak silné konkurenci sebemenší šanci něco vyvinout.
Kromě toho jsme nezapomněli zapůjčit SLT-moduly, vtělené do slavné řady GIS „Tropa“, která se v počítačích ES používala až do poloviny 1970. let. Bohužel pro milovníky kopírování se SLT objevilo poté, co se stáž sovětských specialistů v USA z politických důvodů stala nemožnou a Američany by ani ve snu nenapadlo prodat živý sálový počítač S / 360 v SSSR. Výsledkem bylo, že inženýři dosáhli skutečného výkonu, když zkopírovali GIS, aniž by měli zdrojový kód, doslova z fotografií. Zde je to, co o tom říká první ředitel Zelenogradského NIITT V. S. Sergejev:
Technické materiály a literatura v tomto směru neexistovaly, měli jsme pouze fotografii čipů vyrobených IBM. Technologie výroby odporových, vodivých a izolačních past byla držena zejména v zahraničí ve velkém tajemství. Veškerou práci jsme začali od nuly: vývoj designu, materiálů, technologie a vybavení ...
Od prvních dnů existence podniku byly kromě práce přímo na technologii GIS provedeny významné práce na tvorbě a použití skla, keramiky, polymerů, lepidel, izolačních materiálů, galvanických procesů, svařování, pájení, získávání přesnosti nástroje (zápustky, formy), chemické frézování, vícevrstvé polymerové a keramické desky a mnoho dalších procesů, které jsou nezbytné pro budoucí vývoj technologií…
Od prvních dnů existence podniku byly kromě práce přímo na technologii GIS provedeny významné práce na tvorbě a použití skla, keramiky, polymerů, lepidel, izolačních materiálů, galvanických procesů, svařování, pájení, získávání přesnosti nástroje (zápustky, formy), chemické frézování, vícevrstvé polymerové a keramické desky a mnoho dalších procesů, které jsou nezbytné pro budoucí vývoj technologií…
Prototypy byly připraveny do roku 1964, ale výroba byla zahájena až v roce 1967 a poslední známé vzorky pocházejí z ... 1991 (!) Rok.
Série se skládala z GIS 201LB1 (později K2LB012, prvek NOT), K201LB4 (dva prvky NOT a dva 2OR-NOT), 201LB5 (později K201LB6 a 201LB7, pět prvků NOT), 201LS1 (dva prvky 2OR) a K2NT011 (později K201NT1, sestavy čtyř npn tranzistorů). Jako kuriózní zmínka o této sérii v současném životě - Jednotný sazebník a kvalifikační referenční kniha děl a profesí pracovníků 201 (!) let, profese „Precizní fotolitografický retušér. 2. kategorie ":
Příklady prací: Negativy a průsvitky mikroobvodů typu "Trail", odstranění všech závad.
Tuzemské tzv. funkční moduly z let 1960–1965 byly v té době beznadějně zastaralou technologií. Obecně je éra let 1955-1965 charakteristická tím, že přístroje a vývoj zastaraly téměř dříve, než se stihly dostat do výroby, v důsledku toho byly pokusy o kopírování amerického vývoje v této oblasti prostě a bezpodmínečně vražedné. Vlevo je srovnání modulu SLT, původního od S / 360 a domácího z EU Ryad-1 (stejná řada 201 "Path-1". Pozor - jak moc zaostávala úroveň integrace A to je (!) rok 1971. V tuto chvíli byly i původní SLT považovány za zastaralé jako lampy (foto https://1500py470.livejournal.com/).
Všimněte si, že sovětský průmysl se neobtěžoval nasytit civilní trh mikroelektronikou, vlastně vůbec nešlo o mikroobvody – ani mikrosestavy nebyly povzbudivé. Mnoho podniků bylo nuceno zvládnout svůj vývoj a výrobu vlastními silami, pro konkrétní produkty, a to trvalo nejen dlouhou dobu, ale velmi dlouho. Například v roce 1993 Minsk Instrument-Making Plant vyrobil řadu osciloskopů S1-114/1 na GIS vlastní konstrukce a tyto GIS samotné, monstrózně, nepředstavitelně zastaralé, byly ukončeny až v roce 2000!
Technologie z roku 1964 v domácím zařízení z roku 2000. Osciloskop S1-114/1, mikrosestavy a jejich vnitřnosti. V USA se taková zařízení již nevyráběla zhruba na začátku 1970. let (foto https://www.drive2.ru)
Podle vzpomínek lidí, kteří s vojenskými technologiemi nesouvisejí, byli ještě na počátku 90. let ve výcvikových a výrobních závodech nuceni rozeznávat typy svítilen podle charakteristických znaků (existovala dokonce i norma - identifikovat ze dvou metrů) .
Vydání mikrosestav mělo zaplnit naprostý nedostatek skutečných integrovaných obvodů, které v 99 % případů šly do vojenského průmyslu a rozptýlily se do několika výzkumných ústavů. Na mikrosestavách vyráběli špičkové domácí spotřebiče (nejnižší na lampách) – například „elitní“ rádia „Eaglet“, „Cosmos“ a „Ruby“.
V domácích spotřebičích se nekopírovaly jen součástky, od počátku 1950. let se stalo tradicí neztrácet čas maličkostmi, ale krást celý produkt, pokud naše úroveň technologie umožňovala kopírování. Například v roce 1954 se objevil úžasný rádiový přijímač Zvezda-54. Média tuto událost popisovala jako obrovský sovětský průlom v designu a poslední módě, ve skutečnosti se jednalo o absolutní kopii francouzského Excelsior-52. Není přesně stanoveno, jak se prototyp dostal do IRPA (Institutu pro vysílání a akustiku). Podle některých zpráv jej přivezli diplomaté, podle jiných byl speciálně zakoupen pro kopírování.
Potíže byly i s tranzistorovými přijímači - jeden z prvních sovětských, Leningrad, vznikl na základě 1000 Trans-Oceanic Royal-1957 americké firmy Zenith, přičemž byl vyráběn v malé sérii a montáž byla manuál.
Ve hře Fallout obecný styl odkazuje na takzvaný atompunk – fantastickou verzi alternativy příběhy, ve kterém nebyly objeveny polovodiče, v důsledku toho tam koexistují plazmové pušky 1950. století s monstrózními elektronkovými stroji z 1972. let. Tento filmový pás již v roce 1972 ponoří studenta do sovětského tranzistorpunku - světa, ve kterém nikdy nedošlo k integraci, a dokonce ani k GIS, ale úplně první mikromoduly, dědici Tinkertoy, jsou považovány za vrchol technologie. Nejúžasnější na tom je, že tato technologie byla v roce XNUMX propagována jako nejpokročilejší. Naštěstí většina těchto monster zůstala na filmových pásech.
A nakonec z rozšířených mýtů lze také zmínit, že sovětský rádiový přijímač Micro, první výrobek vyrobený Zelenogradem v roce 1964, se údajně stal prvním funkčně hotovým výrobkem spotřební mikroelektroniky na světě.
Navíc se neustále šušká, že Chruščov tyto přijímače rozdal vůdcům cizích států a ti v šoku mluvili v duchu „jak by nás SSSR mohl předběhnout“. Ve skutečnosti z integrované technologie v "Micro" byla pouze potažená deska, polovodiče byly diskrétní. Na keramicko-keramickou desku bylo přes speciální šablony naneseno šest vrstev různých materiálů, které tvořily pouze pasivní části (navíc pouze kapacitní). Tranzistory v přijímači byly obyčejné diskrétní a jednoduše připájené na desce, což je dobře vidět na otevřeném zařízení.
Ve výsledku tak místo bájných „prvních filmových IO na světě“ dostáváme obyčejnou desku plošných spojů, jen ne tradičně leptanou, ale s vakuovou depozicí a ve více vrstvách – žádné zázraky. Přijímače na diskrétních tranzistorech se do roku 1965 ve Spojených státech vyráběly v desítkách typů (od roku 1956 - jeden z prvních na světě byl Admiral Transistor) několik let a evidentně nemohly nikoho zasáhnout (také jich bylo obrovské množství z nich v Japonsku a Evropě).
Do největší míry tuto dobu charakterizuje unikátní dokument, jeden z mála, který se dochoval a je široce dostupný – „Doporučení pro tvorbu jednotek a bloků na pevných okruzích“, vydaný pro jeden z voroněžských výzkumných ústavů v roce 1964 v rámci určitá "objednávka 1168":
... Složení součástek a jejich parametry pro tři základní krystaly 51, 52 a 53 řady Texas Instruments, jejichž analogy jsou plánovány na reprodukci v SSSR: součástky základního krystalu řady 51 ... tranzistor A417 nebo A400B (analogové 2N706A, 2N582), dioda B14A nebo B14B (podobně jako 1N914)…
Následuje velká tabulka parametrů čipu, u kterých se uvažuje o případné reprodukci - plánuje se ukradení téměř všeho, od videozesilovače Fairchild MA704 a dvoustupňového obvodu Darlington Westinghouse WM1110 až po klopný obvod Motorola MK302G a Sylvania SNG2 2OR -NE logické brány! Následuje cca 10 stran schematických nákresů a popisů řady TI SN5xx doplněných o doporučení pro návrh IC zařízení.
V důsledku aplikace těchto brilantních metod pro vývoj domácí elektroniky nezůstal do roku 1970 v zemi vůbec žádný původní vývoj, kromě Osokinova germaniového IC - vše, co bylo možné, bylo zkopírováno: od obrovských krystalů základní matrice až po bezvýznamné posuvné registry.
Je také legrační, že primitivní hybridní filmová technologie byla v SSSR extrémně populární, i když zbytek světa už dávno přešel na IC. Faktem je, že bylo velmi obtížné vyrobit alespoň střední integrační schémata na sovětské úrovni technologického vývoje, v důsledku toho byly civilní produkty sestaveny na monstra, jako je řada 230. Jedná se o skutečné integrované obvody, vyrobené pouze jako „makroobvod“: hybridní design, vícevrstvá tlustovrstvá technologie, každý obsahuje až 40 logických prvků typu TTL, které tvoří buď čítače, nebo registry, nebo vyvažovací zařízení.
Provedení série je velmi neobvyklé - vícevrstvá spínací deska s pravidelnou strukturou a vnitřním zapojením metodou flip-chip. Monstra typu K2IE301B (primitivní čtyřmístné počítadlo, ale větší než krabička od sirek) se zde vyráběly do 1990. let, nyní jsou však předmětem lovu sběratelů čipů po celém světě jako fosilní kosti mamutů.
Úroveň ruské mikroelektroniky oněch let dobře charakterizují nezaujaté vzpomínky vlastenců založené na mýtech ve stylu knihy „50 let sovětské mikroelektroniky“:
Od objevení prvních integrovaných obvodů uplynulo jen asi 20 let a výsledky byly fantastické...
A zcela objektivní (protože pro vrcholový management činí strategická rozhodnutí na základě těchto dokumentů) nedávno odtajněné zprávy CIA o analýze domácího průmyslu (SSSR usiluje o vybudování pokročilého polovodičového průmyslu s embargovanou západní mašinérií). Jedna ze zpráv, zpracovaná v roce 1972, je věnována úspěchům Unie ve výrobě integrovaných obvodů, v roce 1999 byl tento dokument odtajněn a později zveřejněn v online knihovně agentury. Zde jsou některé úryvky z něj:
…laboratorní analýza dostupných vzorků v USA odhalila, že jejich provedení je dosti primitivní a kvalita obecně špatná. Vzorky jsou jasně horší než analogy vyrobené v USA. Dokonce i výrobky s továrním označením z roku 1971 se zdají být prototypy... Není známo nic o existenci masově vyráběného civilního vybavení v SSSR, které by využívalo integrované obvody... Pokud Unie vytvořila rozsáhlý a životaschopný mikroobvodový průmysl , pak je jeho zájem záhadný i při velkých nákupech zařízení a technologií ze Západu pro výrobu těchto produktů... SSSR dostal planární křemíkovou technologii příliš pozdě a kvůli neustálým potížím s výrobou výchozího křemíkového materiálu v dostatečném množství výroba mikroobvodů v Unii začala ještě poměrně nedávno a ve velmi malých objemech... V roce 1968 Unie nabízela zpracovaný křemík k prodeji v Evropě, nicméně firmy, které jej nakupovaly, si stěžovaly na nízkou kvalitu tohoto materiálu.
Agent CIA (jeho jméno bylo vystřiženo ze zprávy), který navštívil závod v Brjansku, napsal:
…výrobní technologie jsou 5–10 let pozadu za technologiemi používanými v USA. Západní zařízení je v závodě široce používáno. Zdá se, že některé položky v závěrečném testování nesou ochrannou známku velkého amerického výrobce integrovaných obvodů, ačkoli agent nebyl schopen tyto vzorky prozkoumat zblízka, aby potvrdil toto podezření.
Objemy výroby v závodě v Leningradu byly odhadovány výrazně nižší než v Brjansku. Stejný nebo jiný americký zpravodajský agent, který navštívil továrnu ve Světlaně v roce 1972, hlásil méně než 100 XNUMX vysokofrekvenčních tranzistorů za měsíc a poznamenal, že továrna také používala některá západní zařízení.
Zpráva také poznamenává, že výkon výrobků vyrobených v tomto závodě je nižší než výkon deklarovaný SSSR pro tento typ integrovaných obvodů před třemi lety. Na základě výsledků své návštěvy závodu ve Voroněži agent zaznamenal přítomnost velkého množství difúzních pecí na tomto místě - asi 80 kusů, ale jen asi 20 z nich bylo v době jeho návštěvy skutečně používáno. Současně bylo v závodě málo instalací drátového termokompresního svařování. Pro srovnání, v roce 1971 bylo ve Spojených státech podle CIA vyrobeno více než 400 milionů IC.
Zároveň měl zabránit sovětské hrozbě známý Koordinační výbor pro mnohostranné kontroly vývozu (CoCom, Koordinační výbor pro kontrolu vývozu 1949 států), vytvořený v roce 1953 a odtajněný v roce 17, určený ke kontrole oběhu nebezpečných technologií. k míru, účinně omezující vojenský potenciál SSSR, zbavující jej přístupu ke všem novým technologiím, které by mohly být použity pro vojenské účely. Ale pamatujeme si, že SSSR neměl prakticky žádné jiné cíle než vojenské a vše, co vyvinul, šlo z 99% do vojensko-průmyslového komplexu, respektive KoKom mu zablokoval přístup k téměř veškeré vyspělé světové technologii.
Překvapivě to fungovalo extrémně efektivně - například jsme nemohli koupit ani ukrást skutečné CDC 7600 (museli jsme ho nahradit hříchem napůl s BESM-6), nemohli jsme získat živý Cray-1 (což jsme plánovali vydávat v budoucnu jako BESM-10).
Skutečný problém byl ale jiný – od počátku 1960. let jsme byli zvyklí kopírovat západní IC, a proto bylo životně důležité kopírovat jejich výrobní linky. Tady nás čekala přepadení - pro Zelenograd se nám, jak si pamatujeme, podařilo koupit ještě něco od Japonců, Finů a Švýcarů (ani ne za měnu, ale přímo za zlato), ale od poloviny 1960. let se tento proud začal rychle vyschnout. Téměř žádná společnost vyrábějící přesná zařízení pro fotolitografii nechtěla podléhat sankcím 17 států najednou a riskovat tak ztrátu celého svého podnikání kvůli bezvýznamnému zisku v SSSR, zvláště když kompletní výrobní linka s materiály a dokumentací není triviální předmět pro pašování.
V důsledku toho neexistuje IS bez strojů a my jsme měli jen tři způsoby, z nichž každá má svá úskalí – pracovat do konce 1980. let na zařízení z roku 1963 (a oni dělali), pokusit se vyvinout vlastní (např. dlouhou dobu a ne vždy úspěšně) nebo získat alespoň něco přes neutrální země, jako je stejné Švýcarsko. Poslední řeka rychle vyschla na potok, i když se například koncem 1980. let ukázalo, že v letech 1982 až 1984 společnost Toshiba Machine Company, která obcházela zákazy, nelegálně dodávala do SSSR zařízení pro přesné zpracování ponorkových vrtulí. Nebýt rozpadu Sovětů a změkčení politiky Výboru, pak by pro ni tento příběh mohl skončit velmi smutně.
Poté jsou pasáže domácího historika elektroniky, opakovaně zmiňované v těchto článcích, Borise Malaševiče, vnímány jako nějaká zvrácená ironie:
Pak byly na světě tři země, které vyráběly řekněme fotolitografická zařízení: USA, Japonsko a Sovětský svaz. Jedná se o nejpřesnější vybavení mezi všemi technickými zařízeními: úroveň technologie v mikroelektronice závisí na úrovni fotolitografie... Je třeba mít na paměti, že se všemi problémy, které naše země zažila, pouze Sovětský svaz měl jedinou soběstačnou elektroniky na světě. Ve které bylo vše vlastní a která sama vyráběla celou řadu elektronických produktů od radioelektronek až po VLSI. A mělo svou vlastní materiálovou vědu, své vlastní strojírenství - všechno bylo jeho vlastní.
Obecně se vše vyjasnilo s čipy.
Nyní nám zbývá mluvit o sovětských mikroprocesorech a úspěšně dokončit téma vývoje sovětské mikroelektroniky.
Vývoj
Pro pochopení níže uvedeného textu zmíníme, že mikroprocesory se vyvíjely následovně.
První generace mikroobvodů, vyvinutá v letech 1962–1963, byly čipy s nízkou integrací. To znamenalo, že každý mikroobvod obsahoval pouze nejzákladnější logická hradla – například prvky 2NAND.
Jakýkoli procesor (zdůrazňujeme, že se nemusí nutně jednat o mikroprocesor!) obsahuje tři hlavní komponenty (samozřejmě v moderních čipech to zdaleka nejsou tak elementární jednotky jako v 1960. letech, nyní je například ALU okamžitě chápáno jako integrální prvek s registry, vlastním firmwarem atd.).
První je aritmetická logická jednotka neboli ALU, určená k provádění (obvykle) jen několika základních operací - sčítání a logické AND, OR, NOT. Tradiční ALU neobsahovaly hardwarové odčítací obvody a nebyly potřeba, odečítání se nahrazuje zpravidla sčítáním se záporným číslem. ALU přirozeně neobsahovaly bloky hardwarového násobení, dělení, vektorových a maticových operací. Také ALU pracovaly pouze s celými čísly, před přijetím standardu IEEE 754 - 1985 zbývalo ještě 20 let, takže naprosto každý výrobce počítačů implementoval skutečnou aritmetiku nezávisle, do své nejlepší perverznosti.
Pokud jste byli programátorem v šedesátých letech, skutečná aritmetika by vás mohla přivést k šílenství. Pro reprezentaci čísel, ani pro zaokrouhlování či operace s nimi neexistoval jednotný standard, v důsledku toho byly programy prakticky nepřenosné. Kromě toho měly různé stroje své vlastní zvláštnosti v implementaci reálných čísel a bylo třeba je znát a brát je v úvahu. Na některých platformách byla určitá čísla nula pro účely srovnání, ale ne pro sčítání a odčítání, což vedlo k tomu, že je bylo nutné nejprve vynásobit 1.0 a poté porovnat s nulou, aby byla bezpečná.
Na jiných platformách stejný trik způsobil okamžitou, nezdokumentovanou chybu přetečení, když nedošlo k žádné skutečné chybě mimo rozsah. Některé počítače při pokusu o takovou operaci zahodily poslední 4 platné bity, většina počítačů vrátila nulový výsledek pro rozdíl mezi X a Y, pokud X a Y byly malé, i když nebyly stejné, a některé mohly náhle dostat nulu, i když rozdíl mezi nimi, pokud by se jen jedno číslo blížilo nule. V důsledku toho se operace "X = Y" a "X - Y = 0" srazily a vedly k překvapivým chybám. Aby se tomu předešlo, například na superpočítačích Cray předcházelo každému násobení a dělení nové přiřazení "X = (X - X) + X". Anarchie mezi skutečnou aritmetikou pokračovala až do roku 1985, kdy byl konečně přijat moderní standard s pohyblivou řádovou čárkou.
Druhou důležitou součástí procesoru byly registry, které měly uchovávat zpracovaná čísla a provádět na nich posuvné operace.
Konečně třetí nejdůležitější součástí bylo řídicí zařízení - dekodér strojových instrukcí přicházejících z RAM, spouštějící provádění určitých funkcí ALU na číslech obsažených v registrech.
Řídicí zařízení se lišila složitostí, bitovou hloubkou a typy příkazů, které dokázala dekódovat, čím složitější a pomalejší byla CU, tím snazší a pohodlnější bylo psaní kódu, protože mohla podporovat širokou škálu složitých příkazů, takže život pro programátory jednodušší. CU měla většinou samostatný firmware, který obsahoval seznam podporovaných příkazů a bylo možné v určitých mezích měnit možnosti procesoru výměnou čipů s tímto firmwarem, tento koncept se nazýval mikroprogramování. Obsah firmwaru tvořil systém příkazů pro tento procesor, je zřejmé, že příkazové systémy různých strojů byly vzájemně nekompatibilní.
V případě malé integrace byly všechny tyto komponenty implementovány zpravidla na více deskách a procesorem byla krabice obsahující desítky takových desek s několika stovkami čipů. Již v roce 1964 se však objevily čipy střední integrace, série Texas Instruments SN7400. V roce 1970 se v řadě objevila první plnohodnotná ALU, 4bitový mikroobvod 74181, který bylo možné zapojit paralelně a získat tak 8, 16 a dokonce 32bitové počítače (tzv. bit-slice ALU).
Čipy střední integrace obsahovaly několik stovek tranzistorů, na rozdíl od několika desítek v předchozí generaci. TI SN74181 našel široké uplatnění a stal se jedním z nejslavnějších čipů v historii, konkrétně na něm byly sestaveny procesory raných počítačů Data General NOVA a některých řad DEC PDP-11 (montovali pro ně i periferní procesory, například KMC11 a jejich implementace skutečné aritmetiky - slavný FPP-12), Xerox Alto, ze kterého Steve Jobs strhl myšlenku myši a grafického rozhraní, první DEC VAX (model VAX- 11/780), Wang 2200, Texas Instruments TI-990, Honeywell option 1100 je vědecký koprocesor pro jejich sálové počítače H200/H2000 a mnoho dalších strojů.
Čipy se střední integrací díky své neuvěřitelné lacinosti a jednoduchosti vydržely na trhu až do 1980. let minulého století, i když se již objevovaly mikroprocesorové systémy. K sestavení procesoru obvykle vyžadovali 1-2 desky a několik desítek mikroobvodů.
Koncem 1960. let dosáhl pokrok fotolitografie úrovně několika tisíc logických hradel na čip, a tak se objevily rozsáhlé integrační obvody. Obvykle obsahovaly ALU s veškerou kabeláží a registry, což umožnilo sestavit procesor z pouhých 2-10 čipů. Samostatným typem (dnes již zapomenutých) rozsáhlých integračních čipů se stal takzvaný BSP (bit-slice processor, termín nemá ustálený překlad, obvykle se říká „sekční“).
Myšlenkou BSP bylo paralelně zapojit výkonné čipy obsahující všechny potřebné komponenty (pouze CU byla vyrobena samostatně) a postavit tak dlouhý procesor z mikroobvodů malé kapacity (existovaly možnosti až 64 bitů!). BSP vyrábělo mnoho, včetně National Semiconductor (IMP, 1973), Intel (3000, 1974), AMD (Am2900, 1975), Texas Instruments (SBP0400, 1975), Signetics (8X02, 1977), Motorola (M10800), 1979 a mnoho dalších. Vrcholem vývoje byly již 16bitové AMD Am29100 a Synopsys 49C402 vyráběné do poloviny 1980. let a monstrózní 32bitové AMD Am29300 vydané v roce 1985.
CPU deska z neidentifikovaného amerického počítače ze 1970. let, nestandardní 14bitový procesor typovaný na 7 dvoubitových BSP Sygnetics N3002 (licencovaná kopie Intel 3002), foto ze sbírky autora
BSP má tři velmi významné výhody.
První je, že ALU lze použít v horizontálních konfiguracích k sestavení počítačů schopných zpracovávat velmi velká data v jediném cyklu.
Druhou výhodou BSP je, že dvoučipový design umožňoval ECL logiku, která je velmi rychlá, ale zabírá hodně místa a odvádí hodně tepla. Časné čipy MOS, jako je PMOS nebo NMOS, byly původně považovány za procesory pro kalkulačky a terminály, protože jejich rychlost byla výrazně nižší než logika ECL, pouze byla považována za vhodnou pro stavbu seriózních počítačů. Teprve po vynálezu CMOS procesory získaly vzhled, jaký mají nyní, předtím, než show ovládly sekční čipy ECL. Před CMOS se věřilo, že je obecně nemožné vytvořit jednočipový procesor s přijatelnou rychlostí.
Třetí výhodou BSP byla schopnost vytvářet vlastní instrukční sady, které by mohly být vytvořeny pro emulaci nebo vylepšení stávajících procesorů, jako je 6502 nebo 8080, nebo pro vytvoření jedinečné instrukční sady speciálně přizpůsobené pro maximalizaci výkonu konkrétní aplikace. . Kombinace rychlosti a flexibility učinila z BSP velmi oblíbenou architekturu.
Otec mikroprocesoru
A nakonec si řekněme, kdo vytvořil první mikroprocesor.
V krátkém období mezi lety 1968 a 1971 bylo představeno několik kandidátů na jeho roli, většina z nich již dávno zapomenutá. Ve skutečnosti myšlenka vytvoření mikroprocesoru nebyla zdaleka tak revoluční jako tranzistor nebo dokonce planární proces. Doslova se vznášel ve vzduchu a po tři roky obrovské množství vývojářů tak či onak přistoupilo k jednočipové implementaci počítače.
Přísně vzato, otázka „kdo vynalezl mikroprocesor“ nemá žádný význam, kromě těch čistě legálních. Na konci 1960. let bylo zřejmé, že procesor bude nakonec umístěn na jediném čipu a bylo jen otázkou času, kdy budou MOS čipy hustší a praktičtější. Mikroprocesor ve skutečnosti nebyl žádnou revolucí, jen přišel v době, kdy se vylepšení MOS a marketingové potřeby vyplatilo vytvořit.
Řada vzácných čipů velká integrace amerických vojenských počítačů z 1980. let, první řada -
IDT 49C402 (16bitový CMOS BSP), AMD Am29050 (32bitový RISC procesor s architekturou Harvard), Weitek 3332-100-GCD (32bitový reálný koprocesor IEEE), druhá řada Texas Instruments TMS390C602A (32bitový reálný koprocesor SPARC hardwarové dělení a extrakci druhé odmocniny, takové čipy se používaly již v letech 1991-1993), Texas Instruments SIM74ACT8847 (64bitový (!) reálný / celočíselný koprocesor, 1988, k sestavení počítače na něm bylo potřeba ještě 5 čipů), Texas Instruments TPCX1280 (prototyp FPGA s 8000 branami leteckého záření odolného vůči záření, polovina 1980. let). Foto z autorovy sbírky.
IDT 49C402 (16bitový CMOS BSP), AMD Am29050 (32bitový RISC procesor s architekturou Harvard), Weitek 3332-100-GCD (32bitový reálný koprocesor IEEE), druhá řada Texas Instruments TMS390C602A (32bitový reálný koprocesor SPARC hardwarové dělení a extrakci druhé odmocniny, takové čipy se používaly již v letech 1991-1993), Texas Instruments SIM74ACT8847 (64bitový (!) reálný / celočíselný koprocesor, 1988, k sestavení počítače na něm bylo potřeba ještě 5 čipů), Texas Instruments TPCX1280 (prototyp FPGA s 8000 branami leteckého záření odolného vůči záření, polovina 1980. let). Foto z autorovy sbírky.
Neexistuje žádná oficiální definice mikroprocesoru.
V různých zdrojích je popisován v rozsahu od jednoho čipu až po ALU na několika čipech. Mikroprocesor je v podstatě marketingový termín vedený potřebou společností Intel a Texas Instruments označovat své nové produkty.
Pokud by bylo nutné vybrat jednoho otce koncepce mikroprocesoru, byl by to Lee Boysel. Při práci ve Fairchildu přišel s myšlenkou počítače MOS a také existujících komponent - ROM (vynalezen v roce 1966) a DRAM (vznikl v roce 1968). Nakonec nejprve publikoval několik vlivných článků o čipech MOS a také manifest z roku 1967 vysvětlující, jak lze MOS použít k sestavení počítače srovnatelného s IBM 360.
Boysel opustil Fairchild a v říjnu 1968 založil Four-Phase Systems, aby postavil svůj systém MOS, v roce 1970 předvedl System/IV, výkonný 24bitový počítač. Procesor používal 9 mikroobvodů: tři AL8 1bitové ALU, tři ROM pro mikrokód a tři mikroobvody řídicího zařízení postavené na nepravidelné logice (náhodná logika (RL) - metoda pro realizaci kombinatorických obvodů syntézou podle popisu na vysoké úrovni, navíc , protože k syntéze dochází automaticky, uspořádání prvků a jejich sloučenin se na první pohled zdá libovolné, téměř všechny moderní CU jsou syntetizovány metodou RL). Čipová sada se velmi dobře prodávala a Four-Phase vstoupil do Fortune 1000, než byl v roce 1981 převzat společností Motorola. AL1 však nemohl pracovat v jednočipovém režimu a potřeboval externí CU a mikrokód ROM.
Velmi vzácná věc - nahoře bohužel nekompletní sada mikroprocesorů Four-Phase System / IV (1969), dole - neméně vzácný první mikroprocesor Intel 8008, vyvinutý paralelně s 4004 pro terminál Datapoint 2200 (1971). Foto z autorovy sbírky.
Další téměř zapomenutou firmou byl Viatron založený v roce 1967 a již v roce 1968 představil svůj System 21, 16bit na zakázkových MOS čipech. Bohužel je dodavatelé zklamali kvalitou čipů a Viatron v roce 1971 zkrachoval.
Viatron doslova vymyslel termín „mikroprocesor“ – použili jej ve svém oznámení již v roce 1968, ale nebyl to jediný čip, tak nazývali celý terminál. Uvnitř skříně mikroprocesoru byla spousta desek - samotný procesor se skládal z 18 vlastních MOS čipů na 3 deskách.
Nám již známý Ray Holt vyvinul v letech 14-1968 na příkaz amerického letectva F-1970 CADC, nám také známý. Díky pozdějšímu PR jej mnozí považují za otce mikroprocesorové technologie, ale CADC se skládal ze 4 samostatných čipů velmi originální architektury.
A konečně poslední 3 kandidáti jsou skutečné jednočipové obvody.
V roce 1969 Datapoint uzavřel s Intelem dohodu o vývoji jednočipové verze jejich procesoru pro terminál Datapoint 2200, který zabíral celou desku. Je legrační, že zakladatel společnosti Gus Roche, jejich inženýr Jack Frassanito a specialista na Intel Stanley Mazor navrhli tento nápad Robertu Noyceovi, zakladateli Intelu, ale ten to zpočátku odmítl, protože neviděl široké komerční vyhlídky.
Téměř současně se malá japonská společnost Nippon Calculating Machine Ltd obrátila na Intel, aby vyvinula 12 čipů pro novou kalkulačku. Další inženýr Intelu, Edward Hoff (Marcian Edward Ted Hoff Jr.), jako Stan, přichází s myšlenkou nahradit je jediným čipem. Výsledkem je, že oba začnou vést oba projekty: větší čip - Intel 8008 a menší - Intel 4004.
Když se o projektu doslechl, Datapoint je osloven všudypřítomnými Texas Instruments a láká je nabídkou podílet se na vývoji. Datapoint jim poskytne specifikace a oni vyrobí třetí verzi skutečného mikroprocesoru - TI TMX 1795. Pravda, nezávislost zde moc nebyla, až čip opakoval ranou chybu Intelu s přerušením zpracování.
V tomto okamžiku Datapoint vynalezne spínaný zdroj napájení, což má za následek drastické snížení spotřeby energie a tepla jejich terminálu, a zruší jejich smlouvu. Intel zastavuje vývoj na několik měsíců, zatímco TI pokračuje, v důsledku toho jejich oznámení proběhlo o něco dříve než komerční vydání Intel 4004, což z něj formálně dělá první mikroprocesor v historii.
Drzý TI pokračoval v soudních sporech (stejně jako v situaci s prvním integrovaným obvodem) s každým, koho mohl, až do roku 1995, kdy mazaný Lee Boysel přesvědčil soud, že vynalezl první procesor a patenty Texas Instruments byly zrušeny. Další historie je všem známá – čipy od TI se prakticky neprodávaly, zatímco Intel dokončil oba procesory: velký i malý, a položil tak základy své slávy a bohatství na desítky let dopředu.
Je úžasné, že stejně jako v případě Osokina, i SSSR vyvinul vlastní, zcela nezávislou verzi mikroprocesoru, o které ví jen velmi málo lidí! V původní verzi se ale jednalo o tříčipový BSP, ale práce byly dokončeny v roce 1976, ještě nebylo pozdě a nikdo nezasahoval do upgradu na plnohodnotnou jednočipovou architekturu.
Výsledkem bylo, jako vždy, v oblasti čistě inženýrských priorit, jako v případě tranzistorů a mikroobvodů, jsme byli prakticky na stejné úrovni se Západem a prokázali vysokou vědeckou úroveň vývoje, ale jejich implementace byla nakonec noční můrou.
První tuzemský mikroprocesor nevzlétl kvůli tomu, kdo byl jeho kmotrem – nikdo jiný než Davlet Gireevich Yuditsky! Zdá se, že Shokin a Kalmykov nenáviděli všechny, kteří se zabývali alespoň něčím originálním: Kartsev, Staros, Yuditsky - a záměrně rozdrtili veškerý jejich vývoj.
Jak přišel Yuditsky, otec modulárních superpočítačů, k vývoji procesoru?
O tom si povíme v následujících dílech, zde pouze poznamenáme, že na začátku roku 1973 sestavil on, tehdejší ředitel Zelenogradských SVTs, kompaktní pracovní skupinu pro vývoj architektury nového minipočítače ( není založeno na strojích DEC a HP, jako jsou počítače SM ) - "Electronics-NC", modulární a zcela originální. Ve stejném roce Yuditsky pověřil mládežnický tým laboratoře V. L. Dshkhujana, aby studoval přístupy ke konstrukci mikroprocesorů - prvních v SSSR.
Po analýze toho, co se vyrábělo na Západě, zvolili jako základ BSP a v roce 1976 vytvořili procesor řady 587 na třech čipech - IK1, IK2, IK3, jeden z mála, který nemá přímou západní analogii (nyní jejich úplně první vydání je také konečným snem mnoha sběratelů). Následně se tato řada vyvinula do 588 (5 čipů) a na počátku 1980. let ji nakonec chtěli specialisté SVT implementovat v jednočipovém provedení, ale na žádost Shokinova ministerstva elektronického průmyslu byla původní architektura opuštěna v r. ve prospěch PDP-11.
Zbytek vývojářů nezůstal stranou, VNIIEM nakoupil čipy Intel 8080, všechny periferie, vývojový kit Intel Intellec-800 pro tuto architekturu a nadšeně se věnoval reverznímu inženýrství. Procesor vydání z roku 1974 byl rozebrán až do roku 1978 a uveden na trh koncem 1970. let jako 580IK80.
Od tohoto okamžiku začala éra kopírování mikroprocesorů. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení Sověti ukradli nejen tři čipy Intel (8080, 8085, 8086), slavný DEC LSI-11 ztělesněný v tuctu forem a Zilog Z80. V SSSR bylo vyrobeno mnoho analogů procesorů všeho druhu.
Jediný procesor z tohoto seznamu, který nebyl ukraden, ale reprodukován v licenci, je 1876VM1, závod Angstrem, 1990. Vyráběl (a z nějakého důvodu popisoval jako vlastní vývoj, ačkoliv konsorcium MIPS poskytlo veškeré specifikace a podklady pro tuto architekturu), dosud jako „32 MHz 14bitový RISC procesor“, a to navzdory skutečnosti, že jeho prototyp – původní R3000 pracoval na 40 MHz již v roce 1988. V roce 1999 byl na NIISI přetaktován na 33 MHz a vydán jako 1890VM1T "Komdiv" - "nejnovější domácí vývoj." O něco progresivnější 120 MHz radiaci odolná 1892ВМ5Я byla sestavena na základě o něco méně starodávného MIPS R4000 + DSP na FPGA (!) vyráběném firmou Elvis.
Výkon
Pojďme to shrnout.
Tato tabulka nepokrývá ani 1/10 všech klonů, také některé z těchto čipů byly vyrobeny v extrémně limitovaných edicích (např. cena 1810VM87 v dobrém stavu snadno dosahuje pro sběratele 200-300 $, jsou tak vzácné), mnoho byly vyráběny pouze v zemích RVHP (Bulharsko a další) - v samotném SSSR byla úroveň produkce příliš nízká.
V řadě Intel byly vynechány procesory 8088, 80186 a 80188, poslední dva - kvůli nízkému rozšíření obecně nebyl 80286 se sovětskou kulturou výroby vůbec zvládnutý, byl kopírován a vyráběn pouze v extrémně malém nákladu v NDR (alespoň se autorovi nepodařilo najít bájnou kopii ryze sovětského KR1847VM286 v žádné více či méně vážné sbírce procesorů na světě).
Procesor 8086 byl vydán kolem roku 80386 se objevil v USA a byl posledním ze sovětských klonů.
Nyní jsme vyzbrojeni všemi potřebnými znalostmi, abychom se mohli znovu setkat s naším hrdinou - Davletem Yuditskym, který byl právě na cestě do Zelenogradu vyvíjet čipy pro svůj nadcházející superpočítač PRO. O tom bude řeč v příštím čísle.