Az első klónok
És ez nagyon egyszerű. Emlékszünk arra, hogy az NII-35-ben egy bizonyos B. V. Malin ült a fej meleg pozíciójában, aminek mint tervező nagyszerűsége édesapjában, V. N. Malinban, a Központi Bizottság általános osztályának vezetőjében rejlett. az SZKP. Természetesen Shokin nagyon szeretett és tisztelt egy ilyen hasznos embert. És mint emlékszünk, Malin azon szerencsések közé tartozott, akik a parti vonalon keresztül az USA-ba söpörtek gyakorlatra mikroelektronika területére.
1962-ig edzettek, és még 1970-ig is szívesen folytatták volna, de ott volt a karibi válság és a berlini fal felépítése. És a Szovjetunió és az USA közötti kapcsolatok teljesen megromlottak. Egy üzleti útról Malin ajándéktárgyat hozott – hat ritka TI SN510-et kapott. Mivel a Zelenograd központot már megalapították, és gyorsan el kellett kezdeni benne valamit gyártani (és a pártfőnökök tervezői valahogy nem mentek túl jól), Malin egyszerűen megmutatta Shokinnak a mintákat, és elrendelte, hogy azonnal másolják le. .
Adjuk át magának Malinnak a szót. Íme egy idézet a Shokinnak írt személyes beszámolójából az utazás eredményeiről:
Meghallgatta a jelentést, mikroszkóppal megnézte a sémát, és azt mondta: reprodukáljon minden eltérés nélkül, három hónapos időszakot adok.
Fiatal koromban nem tudtam nem nevetni.
- Miért nevetsz, leszoktatva a tempónkról ott Amerikában? Én, a KB tagja azt mondtam: szaporítani annyit jelent, mint szaporodni! Te pedig, hogy ne röhögj, leszel a főtervezőm, és minden hónapban beszámolsz nekem az igazgatóságnál.
Aztán egy kis gondolkodás után A. I. Shokin mégis megkérdezte – szerinted mennyire van szüksége?
Azt válaszoltuk, hogy ehhez három év kell...
Az NII-35 működési sémáját Shokin bemutatta 1965-ben...
1967-ben elsajátított sorozatgyártás.
Fiatal koromban nem tudtam nem nevetni.
- Miért nevetsz, leszoktatva a tempónkról ott Amerikában? Én, a KB tagja azt mondtam: szaporítani annyit jelent, mint szaporodni! Te pedig, hogy ne röhögj, leszel a főtervezőm, és minden hónapban beszámolsz nekem az igazgatóságnál.
Aztán egy kis gondolkodás után A. I. Shokin mégis megkérdezte – szerinted mennyire van szüksége?
Azt válaszoltuk, hogy ehhez három év kell...
Az NII-35 működési sémáját Shokin bemutatta 1965-ben...
1967-ben elsajátított sorozatgyártás.
A teljesen tipikus despotikus durvaság mellett, amely minden típusú szovjet főnökre jellemző (nem értek a témához, de a KB tagja vagyok!), látjuk tipikus félreértésüket is a témakörben. Az 1967-ben kiadott és öt éve elavult amerikai mikroáramkörök példányainak sorozatgyártása 1962-ben kis tételekben... Ez volt az ítélet minden hazai elektronika számára, ettől a pillanattól kezdve örökre kívülállók lettünk, és ez teljes lehetőséggel önálló fejlesztések kialakítására! Malin (valamiért büszkén) így emlékszik vissza:
1959 óta a hazai szilícium integrált áramkörök fejlesztése valójában a Jack Kilbyvel folytatott versengő levelezési küzdelem folyamatos folyamata volt. Az amerikai technológiai tapasztalatok megismétlésére és másolására vonatkozó koncepciók léteztek – az EP-képviselő úgynevezett „reverse engineering” módszerei. A reprodukálandó szilícium integrált áramkörök prototípusait és gyártási mintáit az USA-ból szerezték be, másolásukat az EP-képviselő (Shokin miniszter) rendelete alapján szigorúan szabályozták. A másolás koncepcióját több mint 19 éven keresztül a miniszter szigorúan ellenőrizte, ezalatt a szerző a MEP rendszerben dolgozott, egészen 1974-ig.
Az, hogy 1962-től 1974-ig szögeket vernek a hazai mikroelektronika koporsójába az évek óta elavult amerikai integrált áramkörök tényleges ellopása formájában, egyáltalán nem idegesíti a „vezető mérnököt”.
A Fryazino üzemben az NII-35 projekt keretében gyártott első klón a TS-100 volt, a TI SN510 (sík szilícium technológia) teljes analógja. A kiadás azonban nem volt egyszerű:
...a probléma megoldásán a NII-250 Tudományos és Technológiai Osztályának 35 fős csapata, valamint a tanszéken külön kialakított kísérleti műhely dolgozott.
És ez az Osokin teljesen létező és működő technológiájával! Sajnos az RZPP üzemnek nem volt ekkora politikai súlya és ilyen erős mecénásai.
Malin nemcsak Shokinhoz állt közel, hanem szoros kapcsolatban állt Szmirnov katonai-ipari komplexum elnökével, a Tudományos Akadémia elnökével, Keldysh-el és Kosyginnal, aki Mikojan helyébe lépett a Szovjetunió Minisztertanácsának elnöki posztján, aki valójában Hruscsovval párhuzamosan kormányozta az országot. Természetes, hogy a rigai lakosoknak a leghalványabb esélyük sem volt, hogy fejlődjenek valamit az ilyen erős verseny mellett.
Ezen kívül nem felejtettünk el kölcsönkérni SLT-modulokat, amelyek a híres GIS "Tropa" sorozatban testesültek meg, amelyeket az 1970-es évek közepéig használtak az ES számítógépekben. Sajnos a másolás szerelmesei számára az SLT azután jelent meg, hogy a szovjet szakemberek USA-beli gyakorlata politikai okokból lehetetlenné vált, és az amerikaiak még rémálomban sem gondolták volna, hogy eladjanak egy élő S / 360-as nagyszámítógépet a Szovjetunióban. Ennek eredményeként a mérnökök igazi bravúrt hajtottak végre azzal, hogy a forráskód nélkül, szó szerint fényképekből másolták le a GIS-t. A Zelenograd NIITT első igazgatója V. S. Szergejev ezt mondja erről:
Ez irányú műszaki anyagok és szakirodalom nem voltak, csak az IBM által gyártott chipekről volt fényképünk. Külföldön különösen nagy titokban tartották a rezisztív, vezetőképes és szigetelő paszták gyártásának technológiáját. Minden munkát a nulláról kezdtünk: a tervezés, az anyagok, a technológia és a berendezések fejlesztését ...
Már a vállalkozás fennállásának első napjaitól kezdve a közvetlenül a térinformatikai technológiával végzett munka mellett jelentős munka folyt az üveg, kerámia, polimerek, ragasztók, szigetelőanyagok, galvanikus eljárások, hegesztés, forrasztás, kinyerés terén. precíziós szerszámok (matricák, öntőformák), vegyi marás, többrétegű polimer és kerámia táblák és sok más folyamat, amely szükséges a technológiai fejlődés jövőjében…
Már a vállalkozás fennállásának első napjaitól kezdve a közvetlenül a térinformatikai technológiával végzett munka mellett jelentős munka folyt az üveg, kerámia, polimerek, ragasztók, szigetelőanyagok, galvanikus eljárások, hegesztés, forrasztás, kinyerés terén. precíziós szerszámok (matricák, öntőformák), vegyi marás, többrétegű polimer és kerámia táblák és sok más folyamat, amely szükséges a technológiai fejlődés jövőjében…
A prototípusok 1964-re elkészültek, de a gyártás csak 1967-ben indult meg, az utolsó ismert minták pedig ... 1991 (!) évre nyúlnak vissza.
A sorozat a következőkből állt: GIS 201LB1 (később K2LB012, elem NEM), K201LB4 (két elem NEM és két 2OR-NOT), 201LB5 (később K201LB6 és 201LB7, öt elem NEM), 201LS1 (két elem 2OR2NTla és K011NT201NTla K1NT201, négy npn tranzisztor szerelvényei). A sorozat érdekes említése a jelenlegi életben - a 2-es (!) Évek Munkái és Szakmai Egységes Vám- és Képesítési Tájékoztatója, a „Precíziós fotolitográfia retusáló. 2007. kategória":
Példák a munkára: "Trail" típusú mikroáramkörök negatívjai és fóliái, minden hiba kiküszöbölése.
Az 1960–1965-ös hazai úgynevezett funkcionális modulok ekkorra már reménytelenül elavult technológiának számítottak. Általánosságban elmondható, hogy az 1955-1965 közötti korszakot az jellemzi, hogy a készülékek és fejlesztések már azelőtt elavultak, hogy a gyártásba kerülhettek volna, ennek következtében az amerikai fejlesztések ezen a területen történő lemásolására tett kísérletek egyszerűen és feltétel nélkül gyilkosok voltak. A bal oldalon az SLT modul összehasonlítása látható, az eredeti S / 360-ból és a hazai az EU Ryad-1-ből (ugyanaz a 201-es "Path-1" sorozat. Figyeld meg - mennyivel maradt el az integráció szintje) És ez az 1971-es (!) Év. Ekkor már az eredeti SLT-k is elavultnak számítottak, mint a lámpa (fotó https://1500py470.livejournal.com/).
Vegyük észre, hogy a szovjet ipar nem törődött azzal, hogy a polgári piacot mikroelektronikával telítse, szó szerint egyáltalán nem a mikroáramkörökről volt szó – még a mikroösszeállítások sem voltak biztatóak. Sok vállalkozás kénytelen volt önállóan elsajátítani a fejlesztést és a gyártást, konkrét termékekre, és ez nem csak hosszú, hanem nagyon hosszú ideig tartott. Például még 1993-ban a minszki hangszergyártó üzem egy sor S1-114/1 oszcilloszkópot gyártott saját tervezésű térinformatikai rendszeren, és maguk ezek a GIS-ek, szörnyen, elképzelhetetlenül elavultak, csak 2000-ben szűntek meg!
1964-es technológiák 2000-es hazai készülékben. S1-114/1 oszcilloszkóp, mikroegységek és azok belseje. Az Egyesült Államokban az 1970-es évek elején már nem gyártottak ilyen berendezéseket (fotó: https://www.drive2.ru)
A katonai technológiához nem kötődő emberek visszaemlékezései szerint a 90-es évek elején a kiképző- és gyártóüzemekben kénytelenek voltak felismerni a lámpatípusokat jellemző tulajdonságok alapján (még szabvány is volt - két méterről azonosítani) .
A mikroösszeállítások kibocsátása a valódi integrált áramkörök teljes hiányát hivatott pótolni, ami az esetek 99%-ában a hadiiparba került és néhány kutatóintézetbe szétszóródott. Mikroszerelvényeken csúcskategóriás háztartási készülékeket gyártottak (a legalacsonyabbat a lámpákon) - például az "elit" rádiókat, az "Eaglet", "Cosmos" és "Ruby".
A háztartási gépekben nem csak az alkatrészeket másolták, az 1950-es évek eleje óta hagyománnyá vált, hogy ne apróságokra pazaroljuk az időt, hanem a teljes terméket ellopjuk, feltéve, hogy a technológiai szintünk lehetővé tette a másolást. Például 1954-ben megjelent a csodálatos Zvezda-54 rádióvevő. A média ezt az eseményt hatalmas szovjet áttörésnek nevezte a tervezés és a legújabb divat terén, valójában a francia Excelsior-52 abszolút másolata volt. Nem ismert pontosan, hogyan került a prototípus az IRPA-ba (Institute of Broadcasting and Acoustics). Egyes hírek szerint diplomaták hozták, mások szerint kifejezetten másolásra vásárolták.
A tranzisztoros vevőkészülékekkel is akadtak gondok - az egyik első szovjet, Leningrád az amerikai Zenith cég 1000-es Trans-Oceanic Royal-1957-e alapján készült, miközben kis sorozatban gyártották, és az összeállítást kézikönyv.
A Fallout játékban az általános stílus az úgynevezett atompunkra utal – egy alternatíva fantasztikus változatára történetek, amelyben félvezetőket nem fedeztek fel, ennek eredményeként a 1950. századi plazmapuskák együtt élnek ott az 1972-es évek szörnyű csőgépeivel. Ez a filmszalag már 1972-ben elmeríti a hallgatót a szovjet tranzisztorpunkba - egy olyan világba, amelyben soha nem történt integráció, és nem is a GIS, hanem a legelső mikromodulok, a Tinkertoy örökösei számítanak a technika csúcsának. A legcsodálatosabb dolog az, hogy ezt a technológiát XNUMX-ben a legfejlettebbnek hirdették. Szerencsére ezeknek a szörnyeknek a többsége filmszalagon maradt.
És végül a széles körben elterjedt mítoszok közül megemlíthető az is, hogy a szovjet Micro rádióvevő, az első Zelenograd által 1964-ben gyártott termék, állítólag a fogyasztói mikroelektronika világelső funkcionálisan kész terméke lett.
Sőt, folyamatosan pletykák keringenek arról, hogy Hruscsov ezeket az utódokat idegen államok vezetőinek adta át, a sokkban lévők pedig a „hogyan tudott a Szovjetunió utolérni minket” szellemében beszéltek. Valójában a "Micro" integrált technológiájából csak egy bevonatos tábla volt, a félvezetők különállóak voltak. A kerámia-kerámia táblára speciális stencileken keresztül hat réteg különböző anyag került felhordásra, csak passzív (sőt, csak kapacitív) részeket képezve. A vevőben lévő tranzisztorok közönséges diszkrétek voltak, és egyszerűen a táblára forrasztották, ami jól látható a nyitott eszközön.
Ennek eredményeként a mitikus "világ első filmes IC-k" helyett egy közönséges nyomtatott áramköri lapot kapunk, csak nem hagyományosan maratott, hanem vákuumleválasztással és több rétegben - nem csoda. A diszkrét tranzisztoros vevőegységeket 1965-re az Egyesült Államokban több tucat típusban gyártották (1956 óta - a világon az egyik első volt az Admiral Transistor), és nyilvánvalóan nem tudtak eltalálni senkit (ilyen is volt rengeteg). közülük Japánban és Európában).
Legnagyobb mértékben egy egyedülálló dokumentum jellemzi ezt a korszakot, egyike azon keveseknek, amelyek fennmaradtak és széles körben hozzáférhetők - "Ajánlások csomópontok és blokkok létrehozására szilárd áramkörökön", amelyet 1964-ben adtak ki az egyik voronyezsi kutatóintézet számára. egy bizonyos "1168-as rendelés":
... Az alkatrészek összetétele és paramétereik a Texas Instruments sorozat három 51., 52. és 53. alapkristályához, amelyek analógjait a Szovjetunióban tervezik reprodukálni: az 51. sorozat alapkristályának összetevői ... tranzisztor A417 vagy A400B (analóg 2N706A, 2N582), B14A vagy B14B dióda (az 1N914-hez hasonló)…
Következő egy nagy táblázat a chipparaméterekről, amelyek lehetséges reprodukálását fontolgatják - a tervek szerint szinte mindent ellopnak a Fairchild MA704 videoerősítőtől és a Westinghouse WM1110 kétfokozatú Darlington áramkörtől a Motorola MK302G flip-flop és Sylvania SNG2 2OR-ig. NEM logikai kapu! Ezt követi a mintegy 10 oldalas sematikus diagramok és a TI SN5xx sorozat leírása, kiegészítve az IC-eszközök tervezésére vonatkozó ajánlásokkal.
Ezeknek a zseniális módszereknek a hazai elektronika fejlesztésére való alkalmazásának eredményeként 1970-re az Osokin-féle germánium IC-n kívül már egyáltalán nem maradt eredeti fejlesztés az országban - mindent lemásoltak, amit lehetett: a hatalmas alapmátrix kristályoktól a jelentéktelen váltásregiszterek.
Az is vicces, hogy a primitív hibrid filmtechnológia rendkívül népszerű volt a Szovjetunióban még akkor is, amikor a világ többi része már régen átállt az IC-re. A helyzet az, hogy a technológiai fejlesztés szovjet szintjén nagyon nehéz volt legalább közepes integrációs sémákat előállítani, ennek eredményeként a polgári termékeket olyan szörnyekre szerelték össze, mint a 230. széria. Ezek valódi IC-k, csak inkább „makróként” készültek: hibrid kialakítás, többrétegű vastagréteg-technológia, mindegyik legfeljebb 40 TTL-típusú logikai elemet tartalmaz, amelyek számlálókat, regisztereket vagy kiegyenlítő eszközöket alkotnak.
A sorozat kivitelezése nagyon szokatlan - többrétegű kapcsolótábla szabályos szerkezettel és belső huzalozással flip-chip módszerrel. Az 2-es évekig itt gyártottak K301IE1990B típusú szörnyeket (primitív, négy számjegyű számláló, de nagyobb, mint egy gyufásdoboz), de ma már világszerte keresik a forgácsgyűjtőket, mint a fosszilis mamutcsontokat.
Az akkori orosz mikroelektronika színvonalát jól jellemzik a hazafiak mítoszokra épülő, lelkes emlékei az „50 éves szovjet mikroelektronika” című könyv stílusában:
Alig 20 év telt el az első IC-k megjelenése óta, és az eredmények fantasztikusak...
És egészen objektíven (mert a felső vezetés e papírok alapján hoznak stratégiai döntéseket) a közelmúltban feloldott CIA jelentések a hazai ipar elemzéséről (a Szovjetunió embargós nyugati gépezetekkel igyekszik fejlett félvezetőipart építeni). Az egyik 1972-ben készült jelentés az Uniónak az integrált áramkörök gyártásában elért eredményeiről szól, 1999-ben ezt a dokumentumot feloldották, majd később közzétették az ügynökség online könyvtárában. Íme néhány részlet belőle:
…az USA-ban rendelkezésre álló minták laboratóriumi elemzése kimutatta, hogy a tervezésük meglehetősen primitív, és a minőségük általában rossz. A minták egyértelműen gyengébbek az USA-ban gyártott analógoknál. Még az 1971-es gyári jelzésű termékek is prototípusnak tűnnek… Semmit sem tudunk arról, hogy a Szovjetunióban léteztek-e olyan tömegesen gyártott polgári berendezések, amelyek integrált áramköröket használnának… Ha az Unió nagyszabású és életképes mikroáramköri ipart hozott létre, akkor annak érdeke Az is zavarba ejtő, hogy Nyugatról nagy mennyiségben vásároltak berendezéseket és technológiákat ezeknek a termékeknek a gyártásához... A Szovjetunió túl későn kapta meg a sík szilícium technológiát, és a kezdeti szilíciumanyag megfelelő mennyiségben történő előállításának állandó nehézségei miatt mikroáramkörök gyártása az Unió ennek ellenére egészen a közelmúltban indult és nagyon kis mennyiségben... 1968-ban az Unió feldolgozott szilíciumot kínált eladásra Európában, azonban az azt megvásárló cégek panaszkodtak ennek az anyagnak az alacsony minőségére.
Egy CIA-ügynök (a nevét kivágták a jelentésből), aki meglátogatta a brjanszki üzemet, ezt írta:
…a gyártási technológiák 5-10 évvel le vannak maradva az Egyesült Államokban használtak mögött. A nyugati berendezéseket széles körben használják az üzemben. Úgy tűnik, hogy egyes termékek a végső tesztelés alatt egy nagy amerikai integrált áramkör-gyártó védjegyét viselik, bár az ügynök nem tudta ezeket a mintákat közelről megvizsgálni, hogy megerősítse ezt a gyanút.
A leningrádi üzem termelési volumene a becslések szerint lényegesen alacsonyabb, mint Brjanszkban. Ugyanaz vagy egy másik amerikai hírszerző ügynök, aki 1972-ben meglátogatta a Svetlana üzemet, kevesebb mint 100 XNUMX nagyfrekvenciás tranzisztorról számolt be havonta, és megjegyezte, hogy az üzem nyugati berendezéseket is használt.
A jelentés azt is megjegyzi, hogy az ebben az üzemben gyártott termékek teljesítménye alacsonyabb, mint a Szovjetunió által az ilyen típusú integrált áramkörökre három évvel ezelőtt bejelentett teljesítmény. A voronyezsi üzemben tett látogatásának eredményei alapján az ügynök megjegyezte, hogy ezen a helyen nagyszámú diffúziós kemence található - körülbelül 80 darabot, de ebből csak körülbelül 20-at használtak ténylegesen látogatása idején. Ugyanakkor az üzemben kevés volt a vezetékes hőkompressziós hegesztés telepítése. Összehasonlításképpen: 1971-ben a CIA szerint több mint 400 millió IC-t gyártottak az Egyesült Államokban.
Ugyanakkor a híres Multilaterális Exportellenőrzési Koordinációs Bizottságnak (CoCom, 1949 állam Exportellenőrzési Koordinációs Bizottsága), amelyet 1953-ben hoztak létre és 17-ban feloldottak a titkosítás alól, a veszélyes technológiák forgalmának ellenőrzésére tervezték, a szovjet fenyegetést kellett volna megakadályozni. a békére, hatékonyan korlátozva a Szovjetunió katonai potenciálját, megfosztva azt minden új technológiától, amelyet katonai célokra lehet használni. De emlékszünk arra, hogy a Szovjetuniónak gyakorlatilag nem voltak katonai céljai, és minden, amit kifejlesztett, 99% -kal a katonai-ipari komplexumhoz került, a KoKom blokkolta a hozzáférést szinte az összes fejlett világtechnológiához.
Meglepő módon ez rendkívül hatékonyan működött - például nem tudtunk sem vásárolni, sem ellopni egy valódi CDC 7600-at (a BESM-6-tal egy sin fele kellett cserélnünk), nem kaptunk élő Cray-1-et (amit terveztünk). a jövőben kiadni BESM-10 néven).
A valódi probléma azonban más volt – az 1960-as évek eleje óta hozzászoktunk a nyugati IC-k másolásához, és ehhez létfontosságú volt, hogy lemásoljuk a gyártósoraikat. Itt várt ránk a les - Zelenogradra, mint emlékszünk, sikerült mást is venni a japánoktól, finnektől és svájciaktól (nem is valutáért, hanem közvetlenül aranyért), de a hatvanas évek közepétől ez az áramlás megindult. gyorsan kiszáradnak. Szinte egyetlen fotolitográfiához szükséges precíziós berendezéseket gyártó cég sem akart egyszerre 1960 állam szankciói alá kerülni, kockáztatva, hogy a Szovjetunióban jelentéktelen haszon kedvéért az egész üzletét elveszítsék, különösen azért, mert a komplett gyártósor anyagokkal és dokumentációval nem triviális tárgy a csempészethez.
Ennek eredményeként nincs IS szerszámgépek nélkül, és csak három lehetőségünk volt, mindegyiknek megvannak a maga buktatói - az 1980-as évek végéig dolgoztunk az 1963-as berendezéseken (és meg is tettek), megpróbáltuk kifejleszteni a sajátunkat ( hosszú ideig és nem mindig sikeresen), vagy szerezzen legalább valamit semleges országokon, például ugyanazon Svájcon keresztül. Az utolsó folyó gyorsan patakká száradt, bár például az 1980-as évek végén kiderült, hogy 1982 és 1984 között a Toshiba Machine Company a tilalmakat megkerülve illegálisan szállított berendezéseket a Szovjetuniónak a tengeralattjáró propellerek precíziós feldolgozására. Ha nem történt volna a szovjetek összeomlása és a bizottsági politika felpuhulása, akkor ez a történet nagyon szomorú véget érhetett volna számára.
Ezek után a hazai elektronikatörténész, Borisz Malaševics, ezekben a cikkekben többször emlegetett passzusai valamiféle perverz iróniának tekinthetők:
Aztán három ország volt a világon, amely mondjuk fotolitográfiai berendezéseket gyártott: az USA, Japán és a Szovjetunió. Ez a legprecízebb berendezés az összes technikai eszköz közül: a mikroelektronika technológiai színvonala a fotolitográfia színvonalától függ... Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a hazánkban tapasztalt összes probléma ellenére egyedül a Szovjetunió rendelkezett önellátóval. elektronika a világon. Amelyben minden a sajátja volt, és amely maga gyártotta az elektronikai termékek teljes skáláját a rádiócsövektől a VLSI-ig. És megvolt a maga anyagtudománya, saját gépészete – minden a sajátja volt.
Általában minden világossá vált a chipekkel.
Most a szovjet mikroprocesszorokról kell beszélnünk, és sikeresen befejezni a szovjet mikroelektronika fejlesztésének témáját.
Evolúció
Az alábbi szöveg megértése érdekében megemlítjük, hogy a mikroprocesszorok a következőképpen fejlődtek.
A mikroáramkörök első generációja, amelyet 1962–1963-ban fejlesztettek ki, alacsony integrációjú chipek voltak. Ez azt jelentette, hogy minden mikroáramkör csak a legalapvetőbb logikai kapukat tartalmazta - például 2NAND elemeket.
Bármely processzor (hangsúlyozzuk, nem feltétlenül mikroprocesszor!) három fő komponenst tartalmaz (természetesen a modern chipekben ezek messze nem olyan elemi egységek, mint az 1960-as években, ma például az ALU-t azonnal szerves elemként értjük, regiszterek, saját firmware stb.).
Az első egy aritmetikai logikai egység vagy ALU, amelyet arra terveztek, hogy (általában) csak néhány alapvető műveletet hajtson végre - összeadás és logikai ÉS, VAGY, NEM. A hagyományos ALU-k nem tartalmaztak hardveres kivonási áramköröket, és nem is volt rájuk szükség, a kivonást általában negatív számmal történő összeadás helyettesíti. Természetesen az ALU-k nem tartalmaztak hardveres szorzás, osztás, vektor és mátrix műveletek blokkjait. Az ALU-k ráadásul csak egész számokkal dolgoztak, az IEEE 754 - 1985 szabvány elfogadása előtt még 20 év volt hátra, tehát abszolút minden számítógépgyártó önállóan, a legjobb perverzitása szerint implementálta a valódi aritmetikát.
Ha programozó lennél a hatvanas években, a valódi aritmetika megőrjíthet. Nem volt egységes szabvány a számok ábrázolására, kerekítésére, illetve a velük végzett műveletekre, emiatt a programok gyakorlatilag hordozhatatlanok voltak. Ráadásul a különböző gépeknek megvoltak a maguk furcsaságai a valós számok megvalósításában, ezeket ismerni és figyelembe kellett venni. Egyes platformokon bizonyos számok nullák voltak az összehasonlítás céljából, de nem az összeadás és a kivonás céljából, így ezeket először 1.0-val kellett szorozni, majd a biztonság kedvéért nullával összehasonlítani.
Más platformokon ugyanez a trükk azonnali, nem dokumentált túlfutási hibát okozna, ha nincs tényleges tartományon kívüli hiba. Egyes számítógépek az utolsó 4 szignifikáns bitet eldobták, amikor egy ilyen műveletet megkíséreltek, a legtöbb gép nulla eredményt adott X és Y különbségére, ha X és Y kicsik voltak, még akkor is, ha nem egyenlőek, és néhány gép hirtelen nullát kaphat akkor is, ha a különbség közöttük, ha csak egy szám közelítette a nullát. Ennek eredményeként az "X = Y" és az "X - Y = 0" műveletek ütköztek, és meglepő hibákhoz vezettek. A Cray szuperszámítógépeken például ennek elkerülésére minden szorzást és osztást egy „X = (X - X) + X” átcsoportosítás előzött meg. A valódi aritmetika közötti anarchia egészen 1985-ig tartott, amikor végre elfogadták a modern lebegőpontos szabványt.
A processzor második fontos komponense a regiszterek voltak, amelyek a feldolgozott számokat tárolták és eltolási műveleteket hajtottak végre rajtuk.
Végül a harmadik legfontosabb komponens a vezérlő eszköz volt - a RAM-ból érkező gépi utasítások dekódere, amely bizonyos ALU funkciók végrehajtását kezdeményezi a regiszterekben található számokon.
A vezérlőeszközök összetettségükben, bitmélységükben és a dekódolni tudó parancsok típusaiban különböztek, minél összetettebb és lassabb volt a CU, annál könnyebb és kényelmesebb volt a kód írása, mivel az összetett parancsok széles skáláját tudta támogatni, ami megkönnyíti az életet. könnyebb a programozóknak. A CU-nak általában volt egy külön firmware-je, amely tartalmazta a támogatott parancsok listáját, és bizonyos korlátok között lehetőség volt a processzor képességeinek megváltoztatására chipcserével ezzel a firmware-rel, ezt a koncepciót mikroprogramozásnak nevezték. A firmware tartalma egy parancsrendszert alkotott ehhez a processzorhoz, nyilvánvaló, hogy a különböző gépek parancsrendszerei nem kompatibilisek egymással.
Kevés integráció esetén mindezeket a komponenseket rendszerint több kártyán is megvalósították, a processzor pedig egy doboz volt, amelyben több tucat ilyen kártya volt, több száz chippel. Azonban már 1964-ben megjelentek a közepes integrációjú chipek, a Texas Instruments SN7400 sorozat. 1970-ben jelent meg a sorban az első teljes értékű ALU, egy 4 bites 74181-es, párhuzamosan kapcsolható mikroáramkör, amely 8, 16, sőt 32 bites számítógépeket is kapott (ún. bit-slice ALU).
A közepes integrációs chipek több száz tranzisztort tartalmaztak, szemben az előző generáció több tucatjával. A TI SN74181 megtalálta a legszélesebb körű alkalmazást, és a történelem egyik leghíresebb chipjévé vált, különösen erre szerelték össze a korai Data General NOVA számítógépek processzorait és néhány DEC PDP-11 sorozatot (perifériás processzorokat is szereltek hozzájuk például a KMC11, és a valódi aritmetika megvalósítása - a híres FPP-12), a Xerox Alto, amelyből Steve Jobs kitépte az egér és a grafikus felület ötletét, az első DEC VAX (VAX modell) -11/780), Wang 2200, Texas Instruments TI-990, a Honeywell option 1100 tudományos társprocesszor a H200/H2000 nagyszámítógépekhez és sok más géphez.
A közepes integrációjú chipek hihetetlen olcsóságuknak és egyszerűségüknek köszönhetően egészen az 1980-as évekig kitartottak a piacon, még akkor is, amikor a mikroprocesszoros rendszerek már megjelentek. A processzor összeállításához általában 1-2 kártyára és több tucat mikroáramkörre volt szükség.
Az 1960-as évek végén a fotolitográfia fejlődése elérte a chipenkénti több ezer logikai kapu szintjét, így megjelentek a nagyméretű integrációs áramkörök. Általában tartalmaztak egy ALU-t az összes vezetékezéssel és regiszterrel, ami lehetővé tette, hogy mindössze 2-10 chipből összeállítsunk egy processzort. Az úgynevezett BSP (bit-slice processor, a kifejezésnek nincs bejáratott fordítása, általában "szekciós"-nak mondják) a (ma már elfeledett) nagyméretű integrációs chipek külön típusává váltak.
A BSP ötlete az volt, hogy párhuzamosan kapcsolja össze az összes szükséges komponenst tartalmazó nagy teljesítményű lapkákat (csak a CU készült külön), és ezáltal kis bitszélességű chipekből hosszú processzort építenek (64 bitig volt lehetőség!). A BSP-t sokan gyártották, köztük a National Semiconductor (IMP, 1973), az Intel (3000, 1974), az AMD (Am2900, 1975), a Texas Instruments (SBP0400, 1975), a Signetics (8X02, 1977), a Motorola (M10800), és sokan mások. A fejlesztés csúcsát már az 1979-as évek közepéig gyártott 16 bites AMD Am29100 és Synopsys 49C402, valamint az 1980-ben kiadott szörnyű 32 bites AMD Am29300 jelentette.
CPU kártya egy azonosítatlan amerikai számítógépről az 1970-es évekből, nem szabványos 14 bites processzor, 7 db Sygnetics N3002 kétbites BSP-n (az Intel 3002 licencelt példánya) gépelve, fotó a szerző gyűjteményéből
A BSP-nek három nagyon jelentős előnye van.
Az első az, hogy az ALU-k vízszintes konfigurációkban használhatók olyan számítógépek építésére, amelyek képesek nagyon nagy adatok feldolgozására egyetlen ciklusban.
A BSP második előnye, hogy a kétchipes kialakítás lehetővé tette az ECL logikát, ami nagyon gyors, de sok helyet foglal és sok hőt is elvezet. A korai MOS chipek, mint a PMOS vagy az NMOS eredetileg számológépek és terminálok processzorainak számítottak, mert sebességük jelentősen elmaradt az ECL logikától, csak komoly számítógépek építésére tartották alkalmasnak. A processzorok csak a CMOS feltalálása után kapták meg a jelenlegi megjelenésüket, mielőtt a szekcionált ECL chipek uralták a show-t. A CMOS előtt úgy gondolták, hogy általában lehetetlen elfogadható sebességű egylapkás processzort létrehozni.
A BSP-k harmadik előnye az egyéni utasításkészletek létrehozásának lehetősége volt, amelyek létrehozhatók a meglévő processzorok, például a 6502 vagy 8080, emulálására vagy fejlesztésére, vagy egyedi utasításkészlet létrehozására, amelyet kifejezetten egy adott alkalmazás teljesítményének maximalizálására szabtak. A sebesség és a rugalmasság kombinációja a BSP-t nagyon népszerű architektúrává tette.
A mikroprocesszor atyja
És végül beszéljünk arról, hogy ki készítette az első mikroprocesszort.
Az 1968 és 1971 közötti rövid idő alatt több jelöltet is bemutattak szerepére, többségüket már rég elfelejtették. Valójában a mikroprocesszor létrehozásának ötlete közel sem volt olyan forradalmi, mint a tranzisztor vagy akár a síkbeli folyamat. Szó szerint a levegőben lebegett, és három éven keresztül rengeteg fejlesztő így vagy úgy megközelítette a számítógép egychipes megvalósítását.
Szigorúan véve a "ki találta fel a mikroprocesszort" kérdésnek nincs értelme, kivéve a tisztán legálisakat. Az 1960-as évek végén nyilvánvaló volt, hogy a processzor végül egyetlen lapkán lesz elhelyezve, és csak idő kérdése volt, hogy a MOS lapkák mikor lesznek elég sűrűbbek ahhoz, hogy praktikusak legyenek. Valójában a mikroprocesszor nem volt forradalom, csak akkor jött, amikor a MOS fejlesztések és a marketing igények miatt érdemes volt megalkotni.
Az 1980-as évek amerikai katonai számítógépeinek ritka chipes nagy integrációja, az első sor -
IDT 49C402 (16 bites CMOS BSP), AMD Am29050 (32 bites Harvard RISC), Weitek 3332-100-GCD (IEEE 32 bites valós társprocesszor), Texas Instruments TMS390C602A második sor (32 bites SPARC valós részprocesszor hardveres felosztáshoz) és négyzetgyök kivonás, ilyen chipeket még 1991-1993-ban használtak), Texas Instruments SIM74ACT8847 (64 bites (!) valós / egész szám koprocesszor, 1988, még 5 chip kellett a számítógép építéséhez), Texas Instruments TPCX1280 ( prototípus 8000-gate repülőgép sugárzásálló FPGA, 1980-as évek közepe). Fotó a szerző gyűjteményéből.
IDT 49C402 (16 bites CMOS BSP), AMD Am29050 (32 bites Harvard RISC), Weitek 3332-100-GCD (IEEE 32 bites valós társprocesszor), Texas Instruments TMS390C602A második sor (32 bites SPARC valós részprocesszor hardveres felosztáshoz) és négyzetgyök kivonás, ilyen chipeket még 1991-1993-ban használtak), Texas Instruments SIM74ACT8847 (64 bites (!) valós / egész szám koprocesszor, 1988, még 5 chip kellett a számítógép építéséhez), Texas Instruments TPCX1280 ( prototípus 8000-gate repülőgép sugárzásálló FPGA, 1980-as évek közepe). Fotó a szerző gyűjteményéből.
A mikroprocesszornak nincs hivatalos meghatározása.
Különféle forrásokban az egyetlen chiptől a több chipen lévő ALU-ig terjedő tartományban írják le. A mikroprocesszor lényegében egy marketing kifejezés, amelyet az Intelnek és a Texas Instrumentsnek az új termékeik címkézésére irányuló igény vezérel.
Ha a mikroprocesszor koncepció egyik atyját kellene választani, az Lee Boysel lenne. A Fairchildnél dolgozva előállt egy MOS számítógép ötletével, valamint a meglévő alkatrészekkel - ROM-mal (1966-ban feltalálva) és DRAM-mal (1968-ban). Végül először publikált több befolyásos cikket a MOS chipekről, valamint egy 1967-es kiáltványt, amely elmagyarázza, hogyan lehet a MOS-t felhasználni az IBM 360-hoz hasonló számítógép megépítésére.
Boysel otthagyta a Fairchildot, és 1968 októberében megalapította a Four-Phase Systems céget, hogy megépítse MOS rendszerét, 1970-ben pedig bemutatta a System/IV-t, egy nagy teljesítményű 24 bites számítógépet. A processzor 9 mikroáramkört használt: három AL8 1 bites ALU-t, három ROM-ot a mikrokódhoz és három szabálytalan logikára épített vezérlőeszköz mikroáramkört (random logic (RL) - a kombinatorikus áramkörök szintézissel való megvalósításának módszere magas szintű leírás szerint, ráadásul , mivel a szintézis automatikusan megtörténik, így az elemek és vegyületeik elrendezése első pillantásra önkényesnek tűnik, szinte minden modern CU-t RL módszerrel szintetizálnak). A chipkészlet nagyon jól fogyott, és a Four-Phase bekerült a Fortune 1000-be, mielőtt 1981-ben a Motorola átvette volna. Az AL1 azonban nem tudott egylapkás módban működni, és külső CU-ra és mikrokódos ROM-ra volt szüksége.
Nagyon ritka dolog - a tetején sajnos egy hiányos négyfázisú rendszer / IV mikroprocesszor készlet (1969), alul - egy hasonlóan ritka első Intel 8008 mikroprocesszor, amelyet a 4004-gyel párhuzamosan fejlesztettek ki a Datapoint 2200 terminálhoz (1971). Fotó a szerző gyűjteményéből.
Szintén szinte elfeledett cég volt az 1967-ben alapított Viatron, és már 1968-ban bemutatták a System 21-et, 16 bites egyedi MOS chipeken. Sajnos a kivitelezők cserbenhagyták őket a chipek minőségével, és 1971-ben a Viatron csődbe ment.
A Viatron szó szerint megalkotta a "mikroprocesszor" kifejezést – még 1968-ban ezt használták közleményükben, de ez nem egy chip volt, így hívták az egész terminált. A mikroprocesszor házában egy csomó kártya volt - maga a processzor 18 egyedi MOS chipből állt 3 kártyán.
Az általunk már ismert Ray Holt az amerikai légierő megrendelésére 14-1968-ben fejlesztette ki a számunkra is ismert F-1970 CADC-t. A későbbi PR-nak köszönhetően sokan őt tartják a mikroprocesszoros technológia atyjának, de a CADC 4 különálló, nagyon eredeti architektúrájú chipből állt.
És végül, az utolsó 3 jelölt valódi egylapkás áramkörök.
1969-ben a Datapoint megállapodást kötött az Intellel, hogy a Datapoint 2200 terminálhoz kifejlesztik a processzoruk egylapkás változatát, amely egy teljes kártyát elfoglalt. Vicces, hogy a cég alapítója, Gus Roche, mérnökük, Jack Frassanito és az Intel specialistája, Stanley Mazor javasolta ezt az ötletet Robert Noyce-nak, az Intel alapítójának, aki azonban kezdetben elvetette, mert nem látott széles körű kereskedelmi kilátásokat.
Szinte ezzel egy időben egy kis japán cég, a Nippon Calculating Machine Ltd. megkereste az Intelt, hogy 12 chipet fejlesszenek ki egy új számológéphez. Egy másik Intel mérnök, Edward Hoff (Marcian Edward Ted Hoff Jr.), akárcsak Stan, azzal az ötlettel áll elő, hogy egyetlen chipre cserélje le őket. Ennek eredményeként ők ketten kezdik vezetni mindkét projektet: egy nagyobb chipet - az Intel 8008-at, és egy kisebbet - az Intel 4004-et.
A projektről hallva a Datapointot megkeresi a mindenütt jelenlévő Texas Instruments, és azzal csábítja őket, hogy felajánlja, hogy részt vegyen a fejlesztésben. A Datapoint biztosítja számukra a specifikációkat, és elkészítik a valódi mikroprocesszor harmadik verzióját, a TI TMX 1795-öt. Igaz, itt nem volt nagy függetlenség, egészen addig a pontig, hogy a chip megismételt egy korai Intel-hibát a megszakítási feldolgozásnál.
Ezen a ponton a Datapoint feltalál egy kapcsolóüzemű tápegységet, ami drasztikusan csökkenti a terminál energiafogyasztását és hőjét, és visszavonja a szerződésüket. Az Intel több hónapra leállítja a fejlesztést, a TI folytatja, ennek eredményeként bejelentésükre valamivel korábban került sor, mint az Intel 4004 kereskedelmi forgalomba hozatala, ami formálisan a történelem első mikroprocesszorává teszi.
A Brazen TI folytatta a pert (mint az első integrált áramkör esetében) mindenkivel, akivel ez lehetséges volt, egészen 1995-ig, amikor a ravasz Lee Boysel meggyőzte a bíróságot, hogy ő találta fel az első processzort és a Texas Instruments szabadalmait. törölve. A további történelem mindenki számára ismert - a TI chipjeit gyakorlatilag nem adták el, míg az Intel mindkét processzort elkészítette: kicsiket és nagyokat egyaránt, és ezzel megalapozta hírnevét és vagyonát az elkövetkező évtizedekre.
Elképesztő, hogy Osokinhez hasonlóan a Szovjetunió is kifejlesztette a mikroprocesszor saját, teljesen független változatát, amiről nagyon kevesen tudnak! Az eredeti verzióban viszont egy háromchipes BSP volt, de a munka 1976-ban fejeződött be, még nem volt késő, és senki sem szólt bele a teljes értékű egychipes architektúrára való frissítésbe.
Ennek eredményeként, mint mindig, a tisztán mérnöki prioritások terén, akárcsak a tranzisztorok és mikroáramkörök esetében, gyakorlatilag egy szinten álltunk a Nyugattal, és magas tudományos színvonalú fejlesztéseket mutattunk be, de megvalósításuk rémálom volt a vége.
Az első hazai mikroprocesszor nem azért szállt fel, mert ki volt a keresztapja – nem más, mint Davlet Gireevich Yuditsky! Úgy tűnik, Shokin és Kalmykov gyűlölt mindenkit, aki legalább valami eredetivel foglalkozott: Karcev, Sztarosz, Juditszkij - és céltudatosan összetörték minden fejlesztésüket.
Hogyan jutott el Yuditsky, a moduláris szuperszámítógépek atyja a processzor fejlesztéséhez?
Erről a következő részekben lesz szó, csak itt jegyezzük meg, hogy 1973 elején ő, a Zelenograd SVT-k akkori igazgatója tömör munkacsoportot állított össze egy új miniszámítógép architektúrájának kidolgozására ( nem DEC és HP gépeken alapul, mint az SM számítógépek ) - "Electronics-NC", moduláris és meglehetősen eredeti. Ugyanebben az évben Yuditsky utasította V. L. Dshkhunyan laboratóriumának ifjúsági csapatát, hogy tanulmányozza a mikroprocesszorok építésének megközelítéseit - az első a Szovjetunióban.
A Nyugaton gyártott termékek elemzése után a BSP-t választották alapnak, és 1976-ban megalkották az 587-es sorozatú processzort három chipen - IK1, IK2, IK3, azon kevesek egyike, amelyek nem rendelkeznek közvetlen nyugati analóggal (most a legelső a kiadás sok gyűjtő végső álma is). Ezt követően ez a sorozat 588-asra (5 chipre) fejlődött, és az 1980-as évek elején az SVT-s szakemberek végre egychipes kivitelben akarták megvalósítani, de a Shokin Elektronikai Ipari Minisztérium kérésére az eredeti architektúrát elhagyták. a PDP-11 javára.
A többi fejlesztő nem állt félre, a VNIIEM megvásárolta az Intel 8080 chipeket, az összes perifériát, az Intellec-800 fejlesztőkészletet ehhez az architektúrához, és lelkesen foglalkozott a visszafejtéssel. Az 1974-es kiadású processzort 1978-ig leszerelték, és az 1970-es évek végén 580IK80 néven dobták piacra.
Ettől a pillanattól kezdve kezdődött a mikroprocesszorok másolásának korszaka. A közhiedelemmel ellentétben a szovjetek nem csak három Intel chipet (8080, 8085, 8086), a híres DEC LSI-11-et, tucatnyi formában és a Zilog Z80-at lopták el. A Szovjetunióban sok mindenféle processzor analógját gyártottak.
Az egyetlen processzor a listáról, amelyet nem loptak el, hanem licenc alapján reprodukálták, az 1876VM1, az Angstremi üzem, 1990. Előállított (és valamilyen oknál fogva saját fejlesztésként írja le, bár a MIPS konzorcium minden specifikációt és dokumentumot biztosított ehhez az architektúrához), eddig "32 MHz-es 14 bites RISC processzorként", annak ellenére, hogy prototípusa - az eredeti Az R3000 40 MHz-en működött még 1988-ban. 1999-ben a NIISI-nél 33 MHz-re túlhúzták, és 1890VM1T "Komdiv" néven adták ki - "a legújabb hazai fejlesztés". Egy kicsit progresszívebb, 120 MHz-es sugárzásálló 1892ВМ5Я-t egy kicsit kevésbé ősi MIPS R4000 + DSP alapján szereltek össze az Elvis által gyártott FPGA-n (!).
Teljesítmény
Összefoglaljuk.
Ez a táblázat az összes klón 1/10-ét sem fedi le, ezen chipek egy része rendkívül limitált példányszámban is készült (például a jó állapotú 1810VM87 ára könnyen eléri a 200-300 dollárt a gyűjtőknél, olyan ritka), sok csak a KGST-országokban (Bulgária és mások) gyártották - magában a Szovjetunióban a termelés szintje túl alacsony volt.
A 8088-as, 80186-os és 80188-as processzorok kimaradtak az Intel sorából, az utolsó kettő - az általánosságban alacsony elterjedtség miatt a szovjet gyártási kultúrával rendelkező 80286-ost egyáltalán nem sajátították el, másolták és rendkívül kis példányszámban gyártották csak ban. az NDK (legalábbis a szerzőnek nem sikerült a tisztán szovjet KR1847VM286 mitikus másolatát megtalálnia a világ egyetlen komolyabb vagy kevésbé komoly processzorgyűjteményében sem).
A 8086-os processzor a 80386 USA-ban való megjelenése körül jelent meg, és ez volt az utolsó szovjet klón.
Most már minden szükséges tudással felfegyverkeztünk, hogy újra találkozhassunk hősünkkel - Davlet Yuditskyval, aki éppen Zelenogradba tartott, hogy chipeket fejlesszen a közelgő PRO szuperszámítógépéhez. A következő számban lesz szó róla.