纪念英特尔成立五十周年 篇一  阴差阳错

纪念英特尔成立五十周年 篇一 阴差阳错

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说起英特尔,大众的第一印象就是CPU。的确从一开始,英特尔做CPU源远流长。世界上第一款商业化的中央处理器Intel 4004,以及第一款商业化的8位处理器Intel 8008,都出自英特尔之手。然而成立之初,内存才是英特尔的核心业务。

上世纪五六十年代,磁芯内存为主流存储器。

磁芯内存原理示意图

磁芯存储器有几个缺点。一是需要手工制造,大规模量产困难;二是难以小型化,体积大且耗电。

1969年,英特尔推出开山之作,静态随机存储器 Intel 3101。3101是世界上第一款固态存储器,采用Bipolar工艺生产,芯片存储容量为64比特。Bipolar是当时成熟的工艺被广泛采用,所以其他半导体厂没花多长时间就推出了3101的竞争品。

3101问世不久,英特尔又推出了世界上第一款MOS存储器,Intel 1101。英特尔在1101上采用当时更先进的MOS工艺。相比Bipolar,MOS工艺器件的密度更高,1101容量是3101的四倍,达到256比特。

3101和1101连续抢了两次第一,不过这两款产品影响不大。真正让英特尔跃上舞台的是它的第三款产品:世界上第一款动态随机存储器 Intel 1103。1103容量达到1024比特,标志着固态内存第一次在单位比特的价格上压过磁芯存储器,揭开了半导体内存取代磁芯内存的革命。

需要说明半导体内存不是什么新鲜的想法,很多公司在内部实验室里制造过样品,以上三款产品的“第一”得加上“量产商业化”限定词。而英特尔下一个产品,Intel 1702,则完全是自己的发明。在MOS工艺生产过程中,英特尔发现芯片二氧化硅绝缘层会莫名其妙地吸收电荷,干扰到正常使用。对该现象进一步研究,导致犹太裔工程师Dov Frohman发明了EPROM,可擦除可编译只读存储器。

那么问题来了,英特尔一个内存大厂怎么就跑去做中央处理器了呢?其实一开始做CPU,英特尔也挺不情愿。完全因为被两个客户给坑了,这才有Intel 4004、8008两枚中央处理器。

4004与8008芯片名称很像,导致常有人误把8008当作4004的更新换代。实际上两个项目相互独立,而且进行时间几乎重叠。8008项目的内部代号为1201,4004代号1202,由此推断8008项目可能启动得更早。

公司成立之初,英特尔的产品销路不佳,公司一直靠烧投资支撑。一方面是因为长年来业界一直使用磁芯存储器,普遍缺乏固态内存的经验。另一方面,英特尔的MOS工艺磨合不足,产品良率低。作为公司CEO,Noyce满世界跑为英特尔拉客户以图撑过难关。当时夏普的佐佐木正(Tadashi Sasaki),跟他交情不错,听说英特尔的窘境后,便把自己校友Busicom的老板Yoshio Kojima介绍给Noyce。【注1】

Busicom是一家日本做计算器小公司,它自己设计了一套由十二块集成电路组成的方案,想请英特尔生产。接手这笔业务的英特尔工程师Ted Hoff发现,日本人的方案内部采用的是十进制运算,导致电路复杂,生产难度大,成本远远超出预期。于是Hoff设计了一个草案,改用二进制运算,把计算单元都集中到一枚芯片上,这样一来成本大幅降低。Busicom同意了Hoff的提议,高高兴兴地回日本。

BUSICOM 141-PF, 图片来源:Intel

对于Noyce带回来的这笔意外生意,英特尔内部高层异议不少。当时公司上下几乎所有员工都在忙于改善MOS内存生产工艺,于是日本人前脚刚走,英特尔后脚就把项目就给停了。几个月后Busicom回访才发现,惊怒之下给英特尔发了一封公函,用非常日本方式客气地询问工程进度。Noyce跟日本人打得交道多,从信中读出了对方的怒火,连忙派出刚从仙童半导体挖过来的技术大拿Federico Faggin接手这个项目。

在Hoff设计草案的基础上,两家公司的工程师合作完成了项目。最终设计方案由四枚芯片组成,4001为只读存储器,4002为随机存储器,4003为移位寄器,4004为中央处理器。

Intel 4004主要设计工程师

本来嘛,芯片组是Busicom特别定制的,按说至此日本人应该结账拿产品走人故事结束。意想不到的是Busicom资金出了问题,付不起剩余的费用。最后英特尔不得不同意Busicom以放弃芯片的专有权的方式来免除部分债务。为了弥补损失,英特尔自然要销售芯片。这样,Intel 4004成为世界上第一枚商业化的微处理器。

8008的故事与4004有点类似,只是这次英特尔摊上了一个更会赖账的客户:Computer Terminal Corporation(CTC)。

8008的故事牵涉到CTC、英特尔、和德州仪器三家公司,而且三家对这段历史各执一词。故事里许多重要的当事人俱过世二十多年,真相无从考证。这里挑一个最戏剧化的版本。

1968年,NASA前工程师Gus Roche和Phil Ray,创办了Computer Terminal Corporation公司。电传打印机Datapoint 3300是CTC的第一款产品,它搭载着德州仪器的芯片以及英特尔的移位寄存器,为此CTC欠下两家供应商数笔尾款未结。在设计第二款产品Datapoint 2200时,CTC决定做一台电脑,自己设计芯片,然后找一家半导体公司来生产。

左:Datapoint 2200的工业设计师Jack Frassanito,中:Phil Ray,右:Gus Roche1969,图片来源eldiario.es

刚开始CTC找上门来,英特尔是拒绝的。Noyce曾表示:CPU是一个有趣的想法,英特尔有能力做,但是脑子坏了才会真地去干。卖CPU的话,每台电脑只能卖一块,我们现在做内存,每台电脑能卖几百块芯片。

那为什么后来又改主意了呢?几十年后,CTC创始人Phil Ray的遗孀Brenda Ray
Coffee透露了原因。据她回忆,Phil Ray为处理器一事专门设宴邀请Noyce和德仪老总。在酒宴上,他将芯片的大致设计画在明信片的背面,每位客人一张。Ray提出个赌局,赌英特尔和德仪哪家先制造出CTC设计的芯片。赌注呢?Ray提出,获胜的那家公司要把CTC未结账单给免掉。大概是从未见过赖账都赖得这么有创意的人,Noyce和德仪老总笑着同意了。

1970年左右,英特尔只有一百来名员工,相比之下德州仪器则有四万五千名,不折不扣半导体业界第一。所以毫不奇怪的,德仪抢先做出了芯片:TMX1795。可是CTC没有采纳德仪的处理器,因为TMX1795有一个严重的缺陷。英特尔工程师声称这是因为德仪暗中从CTC手中得到了英特尔的初稿并且照搬全抄,甚至把其中的错误都一并抄了,当然德仪的工程师对此矢口否认。

英特尔一开始对这笔生意并不上心,直到TMX 1795出来后,才匆匆把8008赶出来。那么赌局谁赢了呢?据Brenda Ray Coffee,大概算英特尔赢了,反正CTC欠英特尔的尾账是赖掉了。她还称英特尔之所以把芯片命名为8008,因为8008是CTC欠英特尔第一张账单的编号。【注】

8008也没被采纳 。8008的性能太弱,而且运行时需要二十多枚辅助芯片。于是CTC决定砍掉这个项目,可问题是它还欠着英特尔五万美元的设计费用没付。CTC高层觉得反正项目砍了,芯片指令集设计也没有用了,索性把这个知识产权硬塞给英特尔充当设计费。就这样CTC又一次赖账成功。

我们知道大名鼎鼎的x86架构起源于Intel 8086这枚CPU,8086的指令集继承于8080,而8080的指令集则是从8008发展过来。由此算来,Intel 8008才是现在所有x86芯片的老祖宗。巧合的是Wintel两个帝国,其基石原本都是别人家的,连价格也一样,都是五万美元。

Datapoint 2200,某种意义上算是PC远祖,图片来源:eldiario.es

4004和8008的性能太弱。4004主要用在智能电梯、智能畜牧业等领域。8008曾经被爱好者拿来做电脑,但由于其性能低下没得到推广。一直等到英特尔的第三款CPU,方才启动了个人电脑市场。

【注1】佐佐木正还有一个重大贡献。他以一亿日元买下孙正义做的电子翻译器,为软银提供了启动资金。

【注2】Brenda Ray Coffeed 的叙述见链接,她误把8008错记为8088

下章:失而复得

编辑于 2018-07-17