科技版偷袭珍珠港?Intel CPU 的最初设计来自于日本?

2019-07-18 13:59:44 来源:21ic电子网
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这世上的大机遇,从来都不是天上掉下来的,也有可能是别人放弃的!

 

日本人的大订单

1969年,日本商事公司来到美国硅谷拜访英特尔公司,他们想要做一款计算器,愿意花60000美元请英特尔生产12块芯片,并且拿出了他们的设计图纸,一套6种极其复杂的芯片设计方案。

 

其中一位日本人非常客气的说,如果设计有什么问题,还请不吝赐教。

 

没想到的是,三个月以后,英特尔负责技术开发的年轻人霍夫居然“大言不惭”非常不客气的对日本人说,你们的设计果然有大问题,我可能要重新设计一个更牛逼的方案。

 

 

日本人气炸了,奶奶的,我跟你客气,你还当真了。这几位代表听完以后都不说话,最后有一位站起来,盛气凌人的告诉霍夫:我们知道如何设计计算器,轮不到你教我怎么做产品。

 

要知道,当时的日本,那可是计算器王国啊,全球超过90%的计算器都来自于日本的企业。美国徒弟想要教日本师傅,日本人说:你这种不按套路出牌,不尊重客户的行为,我们要向你们的领导反映情况,你等着被炒鱿鱼吧!

 

眼看着6万美元的大单要黄掉,霍夫吓坏了,赶紧飞跑去向自己的大老板诺伊斯汇报,将自己的想法和日本人的激烈反应汇报给了他。等着挨批和炒鱿鱼的霍夫,却等来了诺伊斯的一句让他感恩戴德的话:兄弟,你的设计太牛逼了,别理小日本的,就这么办!

 

 

看着兴冲冲离去的霍夫,诺伊斯诡异的笑了。

 

1968年,英特尔刚刚成立时,斯坦福大学的教授竭力推荐霍夫进入了公司。在六十年代末的一次会议上,霍夫就曾在诺伊斯面前预言,将会诞生一种装在一个芯片上的计算机。况且在公司里,目前只有霍夫在挑这个产品线的大梁,不信他还能信任谁呢?

 

吃了定心丸,霍夫心里就更加有底气了。第二天,他对日本人说:我设计的这个处理器,他能够做计算,还能做通讯,也能做控制,还能再编程,一个芯片就搞定了4个芯片才能做成的事情。

 

日本人的眼神,就像看外星人一样,但还是把霍夫的设计图收到包里,答应回去研究一下再说。没想到的是,第二天日本人就回来了,并且非常谦虚,非常诚恳的表示,就照你说的办,抱歉得罪了。

 

双方签署合同,规定由日本商事独家享用霍夫设计的这种微处理器,也就是说,这颗芯片当时的所有权是日本人的。

 

神奇的发明

为什么牛逼轰轰的日本人,包括英特尔的传奇老板诺伊斯都认可霍夫的技术设计呢?原来,针对日本人的设计图,霍夫却独辟蹊径,做了一个伟大的改进:

 

1、将所有计算器的逻辑电路压缩成三片:中央处理器、存储器和只读存储器;2、利用只读存储器提供驱动中央处理器工作的程序。

 

 

据悉,霍夫的书桌旁是一台DEC的PDP-8型小型机。过去他曾设想把一台计算机放在一个芯片上,他对日本人设计的最大疑问在于,他们这种计算器为什么要搞得这么复杂?

 

为此,霍夫把自己的想法变成了一个完整的设计:将控制电路和运算电路巧妙地整合在一起。由于驱动需要,中央处理器还必须包括存放指令的存储器。

 

霍夫的灵感终于来了,他设计出世界上第一个微处理器,把CPU的所有功能集成在一个芯片上,把两个存储芯片附加上去,一个存储数据,另一个装有驱动CPU的程序。这样不但使计算器变得简单,而且成本也大为降低。

 

他说服了刚从仙童公司跳槽的斯坦·麦卓尔与他合作,共同研制。“真正的关键不一定是组件的数目,而在于组织、结构概念。你拿来一台通用计算机,并把它造在一个芯片系统上。”

 

霍夫的革命性突破就是对芯片组结构的集成设计,而芯片本身由公司另一位工程师费金完成制作。

 

4004问世

接下来,霍夫遇到的问题是:还不知道如何把设计变成线路图。此时领导诺伊斯又出马了,从老东家仙童公司挖来了芯片设计专家范金。范金果然是行家一出手,就画出了霍夫方案的线路图,布局合理条理清晰。接下来就是用平面工艺制造集成电路,而这正是英特尔的拿手好戏。

 

 

1971年1月,霍夫为首的研发小组,完成了世界上“第一个微处理器”,虽然它的设计目的只是用于计算器。这块芯片把计算机所需要的控制和计算功能集于一身,总共继承了2250个晶体管,但大小只有1.27cm宽和2cm长,时钟频率0.74MHz,运行频率108KHz,4位宽。

 

 

英特尔给这块芯片起了一个名字:4004,第一个4代表是客户订购的产品编号,第二个4代表了这是英特尔生产的第四个芯片。这种命名方式延续到了今天。除此之外,4004还分为白陶瓷、黑陶瓷、塑料壳等多个版本。

 

4004芯片基本具备了微处理器的特点,用它来做计算器,改变了传统计算器的形象。采用4004芯片后,再配用一块程序存储器,数据存储器,移位寄存器,再加上键盘和数码管,就构成了一台完整的微型计算机。

 

科技版:偷袭珍珠港

虽然产品设计取得了客户认可,但英特尔的产能却遇到了问题,由于制造工艺的问题迟迟无法交货。当时的计算器有点像今天的手机,美国公司基本上退出了竞争,留下来的日本公司都在打价格战,在这种市场环境下,延迟交货对产品是非常致命的。

 

1971年初,4004芯片送到商事公司,立即遭到了拒绝。最主要的原因是,当时计算器市场大面积降价,并且到处都是价格战战火在燃烧。这个一年前签订的合同现在看来太破费了,商事要求重新协定价格。

 

英特尔自知理亏,想了想就同意了,还退还了部分前期费用。

 

霍夫听到这一消息,就对公司销售部的人说:“谢天谢地!你们要从商事那儿要回将‘4004型’卖给其他客户的权利。” 在认识到“大脑”芯片的无限潜力之后,英特尔提出用60000美元换回微处理器设计的所有权。

 

在最初的合同中,英特尔只是代工方,虽然霍夫改了设计,但产品专利仍然是客户的。而此时英特尔提出的条件就是允许他们将4004卖给其他人。

 

当时,日本商事正在和竞争对手陷入价格苦战,6万美元这是一笔不小的数字,几乎可以改变战局。不假思索后,愚蠢的商事公司就同意了英特尔的请求,放弃它对4004型芯片的独享权。

 

 

据传,这是日本历史上第二后悔的决定,第一是偷袭珍珠港。直到现在,已经没有谁记得日本商事公司了,而Intel却是无人不知。

 

4004的江湖地位

1971年11月15日,英特尔面向全球市场推出了4004微处理器,每个售价为200美元。一开始举步维艰,但是,在芯片产品不断迭代后,最后终于获得了蓝色巨人IBM的赏识,从此平步青云。

 

英特尔4004处理器的晶体管之间的距离是10微米,能够处理4bit的数据,每秒运算6万次,运行的频率为108KHz-740KHz之间。

 

 

英特尔公司在推出了4004之后,经过应用实践,不断推陈出新,1973年正式推出了8位微处理器8008及其改进型号8080。这种芯片大约集成了4800个晶体管,运算速度比4004快20倍。它就是后来被用于世界第一台微电脑“牛郎星”上的芯片。

 

4004芯片的出现宣告了集成电子产品的一个新纪元。

 

4004在技术上并未处于优势地位,但并不是说70年代的英特尔没什么技术。相反,英特尔在刚刚创办五年中就有了“四大发明”,除了4004外,世界上第一个内存芯片——4001,第一个动态随机存取存储器(DRAM)——4002,第一个可擦编程只读存储器(EPROM)——4003,这些都是英特尔划时代的产品。

 

但是这些明星级芯片产品,却最终被日本人打败了,东芝,NEC,三菱,日立等群雄逐鹿,很快将英特尔打得头破血流,找不到北。

 

唯有不被日本人和英特尔差点不待见的4004芯片,却异军突起,成为了英特尔最赚钱的产品,并且借此登顶全球芯片霸主地位长达30多年。

 

4004的贡献,简直是美国芯片皇冠上的明珠,一点都不为过!

 

 

而发明4004芯片的霍夫,曾被《经济学人》称作是“第二次大战以来最有影响力的7位科学家之一”。

 

1983年,泰德·霍夫因发明了微处理器而成为第三个获得戴维斯杰出工程成就奖的人。英特尔公司当时的首席执行官戈登·摩尔称这款微处理器在人类历史上是最具革命性的产品之一。

 

收买TI的专利

英特尔公布4004型后,TI公司在1971年也推出了4位的处理器芯片TMS 1000,不过它主要为“微控制器”。德州仪器成功将该芯片放置在RAM和ROM板块中。

 

 

TI还专门为这种单芯片微处理器架构申请了专利,不过,到1974年之后,该芯片专利才得到确定下来,这也为TI和英特尔的专利之争埋下了伏笔。

 

虽然TI开发出了第一只通用微处理器,但是该公司的工程师并没有真正关注英特尔的4位4004或八位8008处理器。当时TI对于英特尔的关注主要集中在8080和之后出现的8080-A八位微处理器上,这些微处理器要4004性能更好。当时,TI MOS部门的任务是在微处理器和DRAM产品上追赶上英特尔。

 

两家公司为了微处理器的专利,发生了争执。过了几年,英特尔公司购买了德州仪器的微处理器专利技术,这会是TI最后悔的决定吗?

 

1990年,一名叫Gilbert Hyatt的工程师,为1968年单片微处理器的发明而最终赢得了专利。这一举动意味着,Hyatt的专利要早于TI和英特尔。TI迅速对当局的专利裁决提出质疑,认为Hyatt的发明并没有付诸实施,以1968年当时的技术也不可能来实现。最终,这名工程师的专利被裁定为无效。

 

通过两次专利付费,英特尔将微处理器的命运牢牢地掌握在了自己手上,诺伊斯的伟大也再次得到完美的彰显和佐证。

 

尾声:

1969年,霍夫研制第一种微处理器时,很难把程序员吸引到他的研究组来。因为大家都把精力集中到大型机上。但如今每天都有程序员迈进霍夫的房间,要为微处理器编程。

 

可以说,20世纪70年代,霍夫是芯片领域最红的网红,没有之一!

 
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