L'arrivu di stu chip hà cambiatu u corsu di u sviluppu di i chip!
À a fine di l'anni 1970, i processori à 8 bit eranu sempre a tecnulugia a più avanzata à l'epica, è i prucessi CMOS eranu in svantaghju in u campu di i semiconduttori. L'ingegneri di AT&T Bell Labs anu fattu un passu audace versu u futuru, cumbinendu prucessi di fabricazione CMOS di 3,5 micron d'avanguardia cù architetture di processori innovative à 32 bit in un sforzu di superà i cuncurrenti in e prestazioni di i chip, superendu IBM è Intel.
Ancu s'è a so invenzione, u microprocessore Bellmac-32, ùn hà micca riesciutu à ottene u successu cummerciale di prudutti precedenti cum'è l'Intel 4004 (publicatu in u 1971), a so influenza hè stata prufonda. Oghje, i chip in quasi tutti i smartphones, laptop è tablette si basanu nantu à i principii di semiconduttori di metallo-ossidu cumplementari (CMOS) sperimentati da u Bellmac-32.
L'anni 1980 s'avvicinavanu, è AT&T pruvava à trasfurmassi. Per decennii, u gigante di e telecomunicazioni soprannominatu "Mother Bell" avia duminatu l'affari di e cumunicazioni vocali in i Stati Uniti, è a so filiale Western Electric pruducia guasi tutti i telefoni cumuni in e case è l'uffizii americani. U guvernu federale americanu hà incitatu à a scissione di l'attività di AT&T per motivi antitrust, ma AT&T hà vistu una opportunità per entre in u campu di l'informatica.
Cù e cumpagnie d'informatica digià ben stabilite in u mercatu, AT&T hà avutu difficultà à righjunghje u ritmu; a so strategia era di fà un saltu, è u Bellmac-32 hè statu u so trampolinu di lanciu.
A famiglia di chip Bellmac-32 hè stata premiata cù un premiu IEEE Milestone. E cerimonie di inaugurazione si terranu quest'annu à u campus Nokia Bell Labs in Murray Hill, New Jersey, è à u Computer History Museum in Mountain View, California.
CHIP UNICU
Piuttostu chè seguità u standard industriale di i chip à 8 bit, i dirigenti di AT&T anu sfidatu l'ingegneri di Bell Labs à sviluppà un pruduttu rivoluzionariu: u primu microprocessore cummerciale capace di trasferisce 32 bit di dati in un unicu ciclu di clock. Questu richiedeva micca solu un novu chip, ma ancu una nova architettura, una chì puderia gestisce a commutazione di telecomunicazioni è serve cum'è spina dorsale di i futuri sistemi informatichi.
«Ùn stemu micca solu custruendu un chip più veloce», hà dettu Michael Condry, chì dirige u gruppu di architettura à l'installazione di Bell Labs in Holmdel, New Jersey. «Cerchemu di cuncepisce un chip chì pò supportà sia a voce sia u calculu».
À quellu tempu, a tecnulugia CMOS era vista cum'è una alternativa promettente ma risicata à i disinni NMOS è PMOS. I chip NMOS si basavanu interamente nantu à i transistor di tipu N, chì eranu veloci ma cunsumavanu assai energia, mentre chì i chip PMOS si basavanu nantu à u muvimentu di i fori caricati pusitivamente, chì era troppu lentu. CMOS utilizava un disignu ibridu chì aumentava a velocità mentre risparmiava energia. I vantaghji di CMOS eranu cusì interessanti chì l'industria hà prestu capitu chì ancu s'ellu ci vulia u doppiu di transistor (NMOS è PMOS per ogni porta), ne valia a pena.
Cù u rapidu sviluppu di a tecnulugia di i semiconduttori discritta da a Legge di Moore, u costu di radduppià a densità di i transistor hè diventatu gestibile è infine trascurabile. Tuttavia, quandu Bell Labs s'hè imbarcatu in questu ghjocu d'azzardo à altu risicu, a tecnulugia di fabricazione CMOS à grande scala ùn era micca pruvata è u costu era relativamente altu.
Questu ùn hà micca spaventatu Bell Labs. L'impresa hà utilizatu a cumpetenza di i so campus in Holmdel, Murray Hill è Naperville, Illinois, è hà riunitu una "squadra di sognu" d'ingegneri di semiconduttori. A squadra includeva Condrey, Steve Conn, una stella nascente in a cuncepzione di chip, Victor Huang, un altru designer di microprocessori, è decine d'impiegati di AT&T Bell Labs. Anu cuminciatu à ammaestrà un novu prucessu CMOS in u 1978 è à custruisce un microprocessore di 32 bit da zero.
Cuminciate cù l'architettura di cuncepimentu
Condrey era un anzianu membru di l'IEEE è dopu hà servitu cum'è Chief Technology Officer di Intel. A squadra di architettura ch'ellu guidava era impegnata à custruisce un sistema chì supportava nativamente u sistema operativu Unix è u linguaghju C. À l'epica, sia Unix sia u linguaghju C eranu sempre in i so primi tempi, ma eranu destinati à duminà. Per superà u limite di memoria estremamente preziosu di kilobytes (KB) à l'epica, anu introduttu un inseme d'istruzzioni cumplessu chì richiedeva menu passi d'esecuzione è pudia cumpletà i compiti in un ciclu di clock.
L'ingegneri anu ancu cuncipitu chip chì supportanu u bus parallelu VersaModule Eurocard (VME), chì permette l'informatica distribuita è permette à parechji nodi di processà dati in parallelu. I chip cumpatibili cù VME permettenu ancu di esse aduprati per u cuntrollu in tempu reale.
A squadra hà scrittu a so propria versione di Unix è li hà datu capacità in tempu reale per assicurà a compatibilità cù l'automatizazione industriale è applicazioni simili. L'ingegneri di Bell Labs anu ancu inventatu a logica domino, chì hà aumentatu a velocità di trasfurmazione riducendu i ritardi in e porte logiche cumplesse.
Tecniche di prova è verificazione supplementari sò state sviluppate è introdutte cù u modulu Bellmac-32, un prughjettu cumplessu di verificazione è prova multi-chip guidatu da Jen-Hsun Huang chì hà ottenutu zero o quasi zero difetti in a fabricazione di chip cumplessi. Questa hè stata una prima in u mondu di a prova di circuiti integrati à grande scala (VLSI). L'ingegneri di Bell Labs anu sviluppatu un pianu sistematicu, anu verificatu ripetutamente u travagliu di i so culleghi è, infine, anu ottenutu una cullaburazione senza soluzione di continuità trà parechje famiglie di chip, culminendu in un sistema di microcomputer cumpletu.
Dopu vene a parte a più difficiule: a fabricazione vera è propria di u chip.
«À l'epica, e tecnulugie di layout, di prova è di fabricazione à altu rendimentu eranu assai scarce», ricorda Kang, chì dopu hè diventatu presidente di l'Istitutu Avanzatu Coreanu di Scienza è Tecnulugia (KAIST) è un membru di l'IEEE. Nota chì a mancanza di strumenti CAD per a verificazione di u chip cumpletu hà furzatu a squadra à stampà disegni Calcomp sovradimensionati. Quessi schemi mostranu cumu i transistor, i fili è l'interconnessioni devenu esse disposti in un chip per dà u risultatu desideratu. A squadra li hà assemblati nantu à u pianu cù u nastro adesivo, furmendu un disegnu quadratu gigante di più di 6 metri di latu. Kang è i so culleghi anu disegnatu à manu ogni circuitu cù matite culurite, circendu cunnessione rotte è interconnessioni sovrapposte o trattate impropriamente.
Una volta chì u cuncepimentu fisicu hè statu cumpletu, a squadra hà affruntatu un'altra sfida: a fabricazione. I chips sò stati prudutti in a fabbrica Western Electric in Allentown, Pennsylvania, ma Kang si ricorda chì u rendimentu (a percentuale di chips nantu à u wafer chì currispundianu à i standard di prestazione è di qualità) era assai bassu.
Per risolve questu prublema, Kang è i so culleghi si n'andavanu in vittura à a fabbrica da u New Jersey ogni ghjornu, si rimbuccavanu e maniche è facianu tuttu ciò chì era necessariu, cumprese spazzà i pavimenti è calibrà l'attrezzatura di prova, per custruisce camaraderia è cunvince tutti chì u pruduttu u più cumplessu chì a fabbrica avia mai pruvatu à pruduce puderia esse veramente fattu quì.
«U prucessu di custruzzione di a squadra hè andatu bè», hà dettu Kang. «Dopu à qualchi mesi, Western Electric hè stata capace di pruduce chip di alta qualità in quantità chì anu superatu a dumanda».
A prima versione di u Bellmac-32 hè stata publicata in u 1980, ma ùn hà micca riesciutu à risponde à l'aspettative. A so frequenza di destinazione di prestazioni era solu 2 MHz, micca 4 MHz. L'ingegneri anu scupertu chì l'equipaggiu di prova Takeda Riken di punta ch'elli utilizavanu à l'epica era difettuosu, cù effetti di linea di trasmissione trà a sonda è a testa di prova chì causavanu misurazioni imprecise. Anu travagliatu cù a squadra Takeda Riken per sviluppà una tavula di currezzione per curregge l'errori di misurazione.
I chip Bellmac di seconda generazione avianu velocità di clock superiori à 6,2 MHz, qualchì volta finu à 9 MHz. Questu era cunsideratu abbastanza veloce à l'epica. U processore Intel 8088 à 16 bit chì IBM hà publicatu in u so primu PC in u 1981 avia una velocità di clock di solu 4,77 MHz.
Perchè Bellmac-32 ùn hà micca'ùn diventà micca mainstream
Malgradu a so prumessa, a tecnulugia Bellmac-32 ùn hà micca ottenutu una larga adozione cummerciale. Sicondu Condrey, AT&T hà cuminciatu à fighjà u fabricatore d'equipaggiamenti NCR à a fine di l'anni 1980 è dopu si hè vultata versu acquisizioni, ciò chì significava chì a cumpagnia hà sceltu di sustene diverse linee di prudutti di chip. À quellu tempu, l'influenza di Bellmac-32 avia cuminciatu à cresce.
«Prima di Bellmac-32, NMOS duminava u mercatu», disse Condry. «Ma CMOS hà cambiatu u paisaghju perchè s'hè rivelatu un modu più efficiente per implementallu in a fabbrica.»
Cù u tempu, sta realizazione hà rimodellatu l'industria di i semiconduttori. U CMOS diventerà a basa di i microprocessori muderni, alimentendu a rivoluzione digitale in dispositivi cum'è l'urdinatori desktop è i smartphones.
L'esperimentu audace di Bell Labs - utilizendu un prucessu di fabricazione micca testatu è abbracciendu una generazione sana di architettura di chip - hè statu una tappa impurtante in a storia di a tecnulugia.
Cum'è u prufessore Kang dice: "Eramu à l'avanguardia di ciò chì era pussibule. Ùn seguitavamu micca solu una strada esistente, tracciavamu una nova strada". U prufessore Huang, chì dopu hè diventatu vicedirettore di l'Istitutu di Microelettronica di Singapore è hè ancu un membru IEEE, aghjusta: "Questu includeva micca solu l'architettura è a cuncepzione di chip, ma ancu a verificazione di chip à grande scala - utilizendu CAD ma senza l'arnesi di simulazione digitale d'oghje o ancu e breadboard (un modu standard di verificà a cuncepzione di circuiti di un sistema elettronicu utilizendu chip prima chì i cumpunenti di circuiti sianu cunnessi permanentemente inseme)".
Condry, Kang è Huang si ricordanu di quellu tempu cun affettu è esprimenu ammirazione per l'abilità è a dedizione di i numerosi impiegati di AT&T chì i so sforzi anu resu pussibule a famiglia di chip Bellmac-32.
Data di publicazione: 19 di maghju 2025