Почему Intel вернула японской Busicom 60 000 долларов за права на процессор 4004

15 ноября 1971 года в отраслевом журнале Electronic News вышло объявление на двух страницах: Intel предлагала всем желающим «микропрограммируемый компьютер на кристалле» — комплект MCS-4 с процессором 4004. Выглядело как анонс обычной новинки. Продавать чип Intel имела право лишь потому, что полгода назад вернула заказчику его деньги.

Набор микросхем под один калькулятор

Заказ пришёл от японской Busicom, производителя настольных калькуляторов. Её инженеры во главе с Масатоси Симой придумали набор специализированных микросхем. Intel называет цифру двенадцать, другие источники — восемь и даже семь, но замысел один: каждая микросхема отвечала за свой узел и годилась только для него. Основным уделом Intel тогда была память, и руководитель отдела прикладных исследований Тед Хофф, взглянув на проект, счёл его слишком громоздким.

Осенью 1969 года вместе со Стэнли Мазором он набросал другую схему: четырёхбитный процессор, постоянную память для хранения программы, оперативную память для данных и промежуточных результатов вычислений, а также средства ввода-вывода для связи с внешними устройствами.

Программа определяла работу калькулятора, поэтому изменить её можно было, не переделывая сам процессор. Правда, программу записывали в ПЗУ ещё на заводе, с помощью металлической маски. Чтобы изменить её, приходилось заказывать новую микросхему. Вот такой вот парадокс.

Busicom выбрала вариант Intel, договор подписали в феврале 1970 года.

Оставалась мелочь. Архитектуру Хофф и Мазор придумали, но опыта физической реализации микропроцессора у них не было.

Девять месяцев на синей бумаге

Разработчик нашёлся в апреле 1970 года: итальянский физик и инженер-электронщик Федерико Фаджин перешёл в Intel из Fairchild. В первый день Мазор рассказал ему про проект Busicom. Через неделю из Японии прилетел Сима проверить, как идут дела, и выяснилось, что с места они не сдвинулись.

Из Fairchild Фаджин привёз два приёма. Первый называется «скрытый контакт»: затвор транзистора соединяется с кремнием напрямую, без металлической перемычки, и схема получается плотнее. Второй — «бутстрап"-нагрузка, схемный трюк, который в микросхемах с металлическими затворами применяли давно, а для кремниевого затвора считали невозможным без лишнего слоя. По словам самого Фаджина, без этих двух приёмов процессор нужной плотности не вышел бы.

Всё делали руками. Схемы чертили на больших листах синей бумаги, топологию кристалла — цветными карандашами на плёнке в пятисоткратном увеличении, а каждый слой потом вырезали вручную из красной плёнки для фотошаблона. Сверка чертежей со схемой тоже шла на глаз. Сима полгода помогал с логикой и поправил команду возврата из подпрограммы.

С корпусом вышла отдельная история. Стандартом Intel того времени были 16 выводов, а процессору надо передавать адреса, данные и команды. Всё пустили по очереди через четыре общих вывода. Любопытно, что архитектуру 4004 в итоге определили не только инженерные идеи, но и число ножек у корпуса.

Пластина без одного слоя

Первые пластины с 4004 пришли на рубеже 1970 и 1971 годов, когда в лаборатории никого уже не осталось. Фаджин поставил щупы на первый кристалл и запустил тест. На осциллографе не дрогнула ни одна линия. Второй кристалл дал то же самое, потом вторая пластина.

Под микроскопом выяснилось: при изготовлении пропустили слой скрытых контактов, и множество затворов осталось ни с чем не соединено. Сама схема была верной. Новая партия пришла через три недели и прошла все тесты.

На рабочем кристалле Фаджин оставил свои инициалы F.F. Других подписей на 4004 нет.

В процессоре 2300 транзисторов, минимальный элемент — 10 микрометров (сотая доля миллиметра), тактовая частота доходит до 740 килогерц, короткая команда выполняется за 10,8 микросекунды, длинная — за 21,6. В марте 1971 года первый рабочий 4004 отправили Busicom, и он встал в инженерный прототип печатающего калькулятора 141-PF. Прототип хранится в Музее истории компьютеров в Маунтин-Вью.

Сделка на 60 000 долларов

Busicom оплатила разработку, потому и владела правами: продавать набор другим покупателям Intel не могла. Но в середине 1971 года рынок настольных калькуляторов просел, дешёвые карманные модели стоили 150 долларов против тысячи за настольные, и Busicom попросила снизить цену на процессоры.

В мае 1971 года по настоянию разработчиков глава Intel Роберт Нойс вернул Busicom её 60 000 долларов, вложенных в разработку. Взамен Busicom получила скидку на чипы, а Intel — право продавать их кому угодно, кроме производителей калькуляторов.

Intel тем временем вышла на биржу в октябре. 15 ноября 1971 года компания сделала следующий шаг: впервые представила микропроцессор 4004 широкой публике. Для этого Intel разместила двухстраничную рекламу в журнале Electronic News. Она знакомила читателей с комплектом MCS-4 — набором из четырёх микросхем, позволявших собрать программируемую вычислительную систему. Заголовок объявления гласил: «Announcing a new era of integrated electronics» — «Объявляем о новой эре интегральной электроники».

В комплект входила и микросхема оперативной памяти 4002 объёмом 320 бит. Она хранила данные в четырёх регистрах по двадцать четырёхбитных ячеек. В каждом регистре шестнадцать ячеек предназначались для данных, ещё четыре — для служебных признаков. Постоянная память 4001 вмещала 2048 бит, или 256 байт.

Годом позже появился 8-разрядный 8008, в 1974-м — 4040 и 8080.

Сама Busicom обанкротилась в 1974 году. Хофф, Мазор, Фаджин и Сима в 1997 году получили премию Киото за создание первого микропроцессора.

Изображение в превью:
Автор: Stelo.xyz, Pttn, or Thomas Nguyen
Источник: commons.wikimedia.org