Newidiodd dyfodiad y sglodion hwn gwrs datblygu sglodion!
Ar ddiwedd y 1970au, proseswyr 8-bit oedd y dechnoleg fwyaf datblygedig ar y pryd o hyd, ac roedd prosesau CMOS dan anfantais ym maes lled-ddargludyddion. Cymerodd peirianwyr yn AT&T Bell Labs gam beiddgar i'r dyfodol, gan gyfuno prosesau gweithgynhyrchu CMOS 3.5-micron arloesol â phensaernïaeth prosesydd 32-bit arloesol mewn ymdrech i berfformio'n well na chystadleuwyr o ran perfformiad sglodion, gan ragori ar IBM ac Intel.
Er i'w dyfais, y microbrosesydd Bellmac-32, fethu â chyflawni llwyddiant masnachol cynhyrchion cynharach fel yr Intel 4004 (a ryddhawyd ym 1971), roedd ei ddylanwad yn ddofn. Heddiw, mae'r sglodion ym mron pob ffôn clyfar, gliniadur a thabled yn dibynnu ar egwyddorion lled-ddargludyddion metel-ocsid (CMOS) cyflenwol a arloeswyd gan y Bellmac-32.
Roedd yr 1980au'n agosáu, ac roedd AT&T yn ceisio trawsnewid ei hun. Am ddegawdau, roedd y cawr telathrebu o'r enw "Mother Bell" wedi dominyddu'r busnes cyfathrebu llais yn yr Unol Daleithiau, ac roedd ei is-gwmni Western Electric yn cynhyrchu bron pob ffôn cyffredin mewn cartrefi a swyddfeydd America. Anogodd llywodraeth ffederal yr Unol Daleithiau chwalu busnes AT&T ar sail gwrth-ymddiriedaeth, ond gwelodd AT&T gyfle i fynd i mewn i faes cyfrifiaduron.
Gyda chwmnïau cyfrifiadurol eisoes wedi hen ennill eu plwyf yn y farchnad, roedd AT&T yn ei chael hi'n anodd dal i fyny; ei strategaeth oedd neidio ymlaen, a'r Bellmac-32 oedd ei sbardun.
Mae teulu sglodion Bellmac-32 wedi cael ei anrhydeddu â Gwobr Carreg Filltir IEEE. Cynhelir seremonïau dadorchuddio eleni ar gampws Nokia Bell Labs yn Murray Hill, New Jersey, ac yn Amgueddfa Hanes Cyfrifiaduron yn Mountain View, California.
SGLO UNIGRYW
Yn hytrach na dilyn safon y diwydiant ar gyfer sglodion 8-bit, heriodd swyddogion gweithredol AT&T beirianwyr Bell Labs i ddatblygu cynnyrch chwyldroadol: y microbrosesydd masnachol cyntaf a oedd yn gallu trosglwyddo 32 bit o ddata mewn un cylchred cloc. Roedd hyn yn gofyn nid yn unig am sglodion newydd ond hefyd am bensaernïaeth newydd—un a allai ymdrin â newid telathrebu a gwasanaethu fel asgwrn cefn systemau cyfrifiadurol y dyfodol.
"Dydyn ni ddim yn adeiladu sglodion cyflymach yn unig," meddai Michael Condry, sy'n arwain y grŵp pensaernïaeth yng nghyfleuster Bell Labs yn Holmdel, New Jersey. "Rydyn ni'n ceisio dylunio sglodion a all gefnogi llais a chyfrifiadura."
Ar y pryd, roedd technoleg CMOS yn cael ei hystyried yn ddewis arall addawol ond peryglus i ddyluniadau NMOS a PMOS. Roedd sglodion NMOS yn dibynnu'n llwyr ar transistorau math-N, a oedd yn gyflym ond yn llwglyd am bŵer, tra bod sglodion PMOS yn dibynnu ar symudiad tyllau â gwefr bositif, a oedd yn rhy araf. Defnyddiodd CMOS ddyluniad hybrid a gynyddodd gyflymder wrth arbed pŵer. Roedd manteision CMOS mor gymhellol nes i'r diwydiant sylweddoli'n fuan, hyd yn oed pe bai angen dwywaith cymaint o transistorau (NMOS a PMOS ar gyfer pob giât), ei fod yn werth chweil.
Gyda datblygiad cyflym technoleg lled-ddargludyddion a ddisgrifiwyd gan Gyfraith Moore, daeth cost dyblu dwysedd y transistor yn hawdd ei reoli ac yn y pen draw yn ddibwys. Fodd bynnag, pan gychwynnodd Bell Labs ar y gambl risg uchel hwn, nid oedd technoleg gweithgynhyrchu CMOS ar raddfa fawr wedi'i phrofi ac roedd y gost yn gymharol uchel.
Ni wnaeth hyn ddychryn Bell Labs. Defnyddiodd y cwmni arbenigedd ei gampysau yn Holmdel, Murray Hill, a Naperville, Illinois, a chasglu "tîm breuddwyd" o beirianwyr lled-ddargludyddion. Roedd y tîm yn cynnwys Condrey, Steve Conn, seren sy'n codi ym maes dylunio sglodion, Victor Huang, dylunydd microbrosesydd arall, a dwsinau o weithwyr o AT&T Bell Labs. Dechreusant feistroli proses CMOS newydd ym 1978 ac adeiladu microbrosesydd 32-bit o'r dechrau.
Dechreuwch gyda phensaernïaeth ddylunio
Roedd Condrey yn gyn-Gymrawd IEEE ac yn ddiweddarach gwasanaethodd fel Prif Swyddog Technoleg Intel. Roedd y tîm pensaernïaeth a arweiniodd wedi ymrwymo i adeiladu system a oedd yn cefnogi system weithredu Unix a'r iaith C yn frodorol. Ar y pryd, roedd Unix a'r iaith C yn dal yn eu dyddiau cynnar, ond roeddent wedi'u tynghedu i ddominyddu. Er mwyn torri trwy derfyn cof gwerthfawr iawn cilobytes (KB) ar y pryd, fe wnaethant gyflwyno set gyfarwyddiadau gymhleth a oedd angen llai o gamau gweithredu a allai gwblhau tasgau o fewn un cylchred cloc.
Dyluniodd peirianwyr sglodion hefyd sy'n cefnogi'r bws paralel VersaModule Eurocard (VME), sy'n galluogi cyfrifiadura dosbarthedig ac yn caniatáu i nodau lluosog brosesu data ochr yn ochr. Mae sglodion sy'n gydnaws â VME hefyd yn galluogi iddynt gael eu defnyddio ar gyfer rheolaeth amser real.
Ysgrifennodd y tîm ei fersiwn ei hun o Unix a rhoi galluoedd amser real iddo i sicrhau cydnawsedd ag awtomeiddio diwydiannol a chymwysiadau tebyg. Dyfeisiodd peirianwyr Bell Labs hefyd resymeg domino, a gynyddodd gyflymder prosesu trwy leihau oedi mewn gatiau rhesymeg cymhleth.
Datblygwyd a chyflwynwyd technegau profi a gwirio ychwanegol gyda'r modiwl Bellmac-32, prosiect gwirio a phrofi aml-sglodion cymhleth dan arweiniad Jen-Hsun Huang a gyflawnodd sero neu bron sero diffygion mewn gweithgynhyrchu sglodion cymhleth. Dyma oedd y tro cyntaf ym myd profion cylched integredig ar raddfa fawr iawn (VLSI). Datblygodd peirianwyr Bell Labs gynllun systematig, gwiriodd waith eu cydweithwyr dro ar ôl tro, ac yn y pen draw cyflawnodd gydweithrediad di-dor ar draws teuluoedd sglodion lluosog, gan arwain at system ficrogyfrifiadurol gyflawn.
Nesaf daw'r rhan fwyaf heriol: gweithgynhyrchu'r sglodion mewn gwirionedd.
“Ar y pryd, roedd technolegau cynllunio, profi, a gweithgynhyrchu cynnyrch uchel yn brin iawn,” cofia Kang, a ddaeth yn ddiweddarach yn llywydd Sefydliad Uwch Gwyddoniaeth a Thechnoleg Korea (KAIST) ac yn gymrawd o’r IEEE. Mae’n nodi bod diffyg offer CAD ar gyfer gwirio sglodion llawn wedi gorfodi’r tîm i argraffu lluniadau Calcomp gorfawr. Mae’r sgematigau hyn yn dangos sut y dylid trefnu transistorau, gwifrau, a rhyng-gysylltiadau o fewn sglodion i roi’r allbwn a ddymunir. Fe wnaeth y tîm eu cydosod ar y llawr gyda thâp, gan ffurfio llun sgwâr enfawr mwy na 6 metr ar un ochr. Lluniodd Kang a’i gydweithwyr bob cylched â llaw mewn pensiliau lliw, gan chwilio am gysylltiadau wedi torri a rhyng-gysylltiadau sy’n gorgyffwrdd neu wedi’u trin yn amhriodol.
Unwaith y cwblhawyd y dyluniad ffisegol, roedd y tîm yn wynebu her arall: gweithgynhyrchu. Cynhyrchwyd y sglodion yng ngwaith Western Electric yn Allentown, Pennsylvania, ond mae Kang yn cofio bod y gyfradd gynnyrch (y ganran o sglodion ar y wafer a oedd yn bodloni safonau perfformiad ac ansawdd) yn isel iawn.
I fynd i'r afael â hyn, gyrrodd Kang a'i gydweithwyr i'r ffatri o New Jersey bob dydd, gan rolio eu llewys i fyny a gwneud beth bynnag oedd angenrheidiol, gan gynnwys ysgubo lloriau a graddnodi offer profi, i feithrin cyfeillgarwch ac argyhoeddi pawb y gellid gwneud y cynnyrch mwyaf cymhleth yr oedd y ffatri erioed wedi ceisio'i gynhyrchu yno.
“Aeth y broses adeiladu tîm yn esmwyth,” meddai Kang. “Ar ôl ychydig fisoedd, roedd Western Electric yn gallu cynhyrchu sglodion o ansawdd uchel mewn meintiau a oedd yn fwy na’r galw.”
Rhyddhawyd y fersiwn gyntaf o'r Bellmac-32 ym 1980, ond methodd â chyrraedd y disgwyliadau. Dim ond 2 MHz oedd ei amledd targed perfformiad, nid 4 MHz. Darganfu'r peirianwyr fod yr offer profi Takeda Riken o'r radd flaenaf yr oeddent yn ei ddefnyddio ar y pryd yn ddiffygiol, gydag effeithiau llinell drosglwyddo rhwng y stiliwr a'r pen prawf yn achosi mesuriadau anghywir. Buont yn gweithio gyda thîm Takeda Riken i ddatblygu tabl cywiro i gywiro'r gwallau mesur.
Roedd gan sglodion Bellmac yr ail genhedlaeth gyflymderau cloc yn fwy na 6.2 MHz, weithiau mor uchel â 9 MHz. Ystyriwyd hyn yn eithaf cyflym ar y pryd. Dim ond 4.77 MHz oedd gan y prosesydd Intel 8088 16-bit a ryddhaodd IBM yn ei gyfrifiadur personol cyntaf ym 1981 gyflymder cloc.
Pam nad oedd Bellmac-32'dod yn brif ffrwd
Er gwaethaf ei haddewid, ni chafodd technoleg Bellmac-32 ei mabwysiadu'n fasnachol yn eang. Yn ôl Condrey, dechreuodd AT&T edrych ar y gwneuthurwr offer NCR ddiwedd yr 1980au ac yn ddiweddarach trodd at gaffaeliadau, a olygodd fod y cwmni wedi dewis cefnogi gwahanol linellau cynnyrch sglodion. Erbyn hynny, roedd dylanwad Bellmac-32 wedi dechrau tyfu.
“Cyn Bellmac-32, NMOS oedd yn dominyddu’r farchnad,” meddai Condry. “Ond newidiodd CMOS y dirwedd oherwydd iddo brofi i fod yn ffordd fwy effeithlon o’i weithredu yn y ffatri.”
Dros amser, ail-luniodd y sylweddoliad hwn y diwydiant lled-ddargludyddion. Byddai CMOS yn dod yn sail i ficrobroseswyr modern, gan bweru'r chwyldro digidol mewn dyfeisiau fel cyfrifiaduron bwrdd gwaith a ffonau clyfar.
Roedd arbrawf beiddgar Bell Labs—gan ddefnyddio proses weithgynhyrchu heb ei phrofi ac yn cwmpasu cenhedlaeth gyfan o bensaernïaeth sglodion—yn garreg filltir yn hanes technoleg.
Fel mae'r Athro Kang yn ei ddweud: “Roedden ni ar flaen y gad o ran yr hyn oedd yn bosibl. Nid oedden ni'n dilyn llwybr presennol yn unig, roedden ni'n torri tir newydd.” Ychwanega'r Athro Huang, a ddaeth yn ddiweddarach yn ddirprwy gyfarwyddwr Sefydliad Microelectroneg Singapore ac sydd hefyd yn Gymrawd IEEE: “Roedd hyn yn cynnwys nid yn unig pensaernïaeth a dyluniad sglodion, ond hefyd gwirio sglodion ar raddfa fawr – gan ddefnyddio CAD ond heb offer efelychu digidol heddiw na hyd yn oed fyrddau bara (ffordd safonol o wirio dyluniad cylched system electronig gan ddefnyddio sglodion cyn i gydrannau'r gylched gael eu cysylltu'n barhaol â'i gilydd).”
Mae Condry, Kang a Huang yn edrych yn ôl ar y cyfnod hwnnw gyda hoffter ac yn mynegi edmygedd at sgil ac ymroddiad y nifer o weithwyr AT&T y gwnaeth eu hymdrechion y teulu sglodion Bellmac-32 yn bosibl.
Amser postio: Mai-19-2025