Ted Hoff a nápad s integrovaným čipem
Aby se mohly počítače stát každodenní cenově dostupnou realitou, bylo třeba jít dále, než dokázal Jack Kilby a Robert Noyce koncem padesátých let. Jejich integrované obvody se postupně staly součástí tehdejších minipočítačů i mainframů, ale i když šlo o neskutečný pokrok, stále to bylo málo. Aby se počítače dostatečně zmenšily pro použití v domácnostech a kancelářích, bylo třeba udělat další krok. Vše ještě výrazně zjednodušit a zlevnit.
Nápad, že by bylo možné funkce mozku celého počítače, který se nazývá ALU (aritmeticko-logická jednotka), integrovat do jednoho jediného integrovaného obvodu, se zrodil v roce 1969. V té době už ale takřka visel ve vzduchu a existují proto různé verze, kdo je jeho autorem.
Mohlo by vás zajímat:
Jedna z méně obvyklých verzí říká, že když Robert Noyce odjel do Japonska, aby dojednal kontrakt na dodávku integrovaných obvodů pro firmu Busicom, tak prý jeden z jejích inženýrů navrhl, že by vlastně mělo být možné dát všechny funkce, které umí běžný počítač, na jediný integrovaný obvod. To aspoň tvrdí Tadashi Sasaki, tehdejší ředitel Busicomu.
Nezachoval se ovšem žádný záznam z takového jednání, žádné psané poznámky, nic. A proto historie zná jiného autora této myšlenky. A ten s ní přišel zcela prokazatelně a dokázal ji i prosadit a realizovat. Jmenoval se Marcian Edward Hoff.
Ted Hoff, specifická posila Intelu
Marcian „Ted“ Hoff přišel na svět v roce 1937 v nevelkém městě Rochester ve státě New York. Už od mládí projevoval technické nadání, ačkoliv o genialitě se asi hovořit nedalo. Vystudoval Renselaer Polytechnic Institute, průměrnou nijak nevynikající školu, přičemž o prázdninách si přivydělával ve firmě General Railway Signal Corporation, kde stále ještě jako student získal své dva první patenty. Školu dokončil v roce 1958 a díky solidním výsledkům mohl pokračovat na Stanfordu, kde v roce 1962 získal své Ph.D.
Marcian Edward Hoff
Inženýr, 12. záměstnanec Intelu, vynálezce integrovaného čipu
- narození: 28. října, 1937
- původ: USA, New York
V Intelu se objevil jako dvanáctý zaměstnanec v roce 1968 a jednou z jeho prvních zakázek byla právě ona zmiňovaná pro firmu Busicom. Byl zde požadavek na vývoj integrovaných obvodů pro chystanou elektronickou kalkulačku 141-PF zmíněné firmy. Pod pojmem kalkulačka si nesmíme představovat nějakou malou kapesní záležitost, ale solidní stolní zařízení s integrovanou tiskárnou, která nahrazovala tehdy ještě neexistující displej.
Dohoda to byla... no, taková zvláštní. Ted Hoff měl fungovat jako jakýsi „styčný důstojník“ pro tříčlenný tým japonských techniků, kteří přijeli do Intelu, aby zde dokončili již téměř hotový návrh na čipovou sadu kalkulačky. Podle podmínek kontraktu dá Intel týmu k dispozici nepoužívanou laboratoř a bude pomáhat s vývojem, přičemž se nepočítalo, že by byly nutné jakékoliv investice, či že by se snad projektem měl zabývat i někdo jiný kromě jeho vedoucího Teda Hoffa. Vzhledem k tomu, že v projektovém týmu byl ze zaměstnanců Intelu jediný, velel tím pádem sám sobě.
Za tyto služby měl Intel získat hezkých $100 000 dolarů za dokončení čipů a následně $50 za každou sadu, přičemž předběžně bylo objednáno šedesát tisíc sad. Nelze se tedy divit, že kontrakt považoval Noyce za svou výhru.
Co takhle zkusit univerzální čip
Méně nadšený byl ale Ted Hoff. Když ti tři Japonci do firmy dorazili a ukázali mu své plány, tak se zhrozil. Ukázalo se, že bude potřeba navrhnout možná až šestnáct integrovaných obvodů, každý s nějakými třemi či pěti tisící tranzistory... Hoff měl od prvního dne pocit, že něco takového ti tři inženýři z Busicomu nemohou sami zvládnout, což ale pro Intel bude znamenat, že mu nikdo za nic nezaplatí.
Co s tím? Firma Intel se v této době plně soustředila na svůj hlavní produkt, což byl vývoj a výroba paměťových čipů. Nebyly k dispozici žádné kapacity na rozjetí nějakého nového, zcela odlišného projektu. Hoff se snažil dozírat na ty tři inženýry a postupně se dostával do pozice rozhodování o detailech návrhu, což mu tak úplně nepříslušelo. Snažil se je přesvědčit, aby byl design udělán spíše univerzální, s čímž oni ani v nejmenším nesouhlasili. Mají vyvinout kalkulačku, tak jaká univerzálnost.
Důvod, proč Hoffovy představy nebyly japonskými inženýry akceptovány, spočíval v jejich praktickém pohledu na problém. Zatímco Hoff řešil teoretické záležitost, oni viděli, že jeho myšlenky ani nenaznačují, jak se poprat s konkrétními problémy – co třeba s celočíselnou aritmetikou? Co s ovládáním klávesnice? Vždyť je toho tolik, co řešit, tak proč se zabývat tak odvážnými myšlenkami?
Video – přednáška Teda Hoffa o vývoji prvního mikroprocesoru:
Hoff se tedy rozhodl, že se svým nápadem zajde za tím nejvyšším v Intelu – za Robertem Noycem. „Je jediná cesta, jak to všechno radikálně zjednodušit,“ řekl mu. „Musí se to udělat jako emulace počítače.“
Zde je ale třeba říci, že Noyce – na rozdíl od Hoffa – počítačům nerozuměl. Neměl s nimi žádné zkušenosti, nevěděl nic o programování, ačkoliv navrhoval integrované obvody, které byly následně v počítačích využívány. Naštěstí, Noyce byl ochoten se dát poučit. Hoffa důkladně vyzpovídal. A rozhodl se použít svou oblíbenou strategii dvou soupeřících týmů. Jeden tu už měl – ať si Japonci dále vyvíjejí svých šestnáct černých švábů. Ted Hoff může v mezičase navrhnout svou vlastní variantu.
Rozhoduje cena
Byl tu ale malý háček. Ted Hoff totiž spadal pod přímou pravomoc Andyho Grovea. A ten ho v tomto čase nutně potřeboval, neboť Intel měl značné problémy s výrobou svých pamětí 1101. Grove najednou zjistil, že šéf firmy posvětil nějaký nový projekt jakéhosi zcela nového čipu, s malou možností uplatnění na trhu, který pro tento produkt možná ani neexistuje. Moc nadšený z toho nebyl…
Noyceho odvaha a schopnost správného rozhodnutí v kritickém čase existence firmy ukazuje, jak byl výjimečný a vizionářský. Další tři měsíce pracoval na návrhu sám Hoff a diskutoval o něm jen s Noycem. Noycemu se myšlenka stále více zamlouvala, a i Gordon Moore, který měl slabost pro každý technologický průlom, byl tímto projektem zaujat.
V srpnu 1968 si Hoff přivedl pomocníka – osmadvacetiletého Stana Mazora, softwarového inženýra, který dostal za úkol zvládnout to, co samotný Hoff nedokázal. Hoff byl odborník na hardware, už měl představu, že čip bude mít tři podpůrné obvody, ale tápal nad instrukční sadou, protože softwaru nerozuměl. Během dvou týdnů společně vytvořili architekturu budoucího čipu i4004 s potřebnými 46 instrukcemi pro jeho ovládání.
Koncem srpna se pak stalo něco zcela zásadního – Noyce napsal do Busicomu, že je třeba rozhodnout o dalším vývoji projektu. Pokud by totiž měl být přijat návrh japonského týmu s nakonec dvanácti integrovanými obvody o 2000 tranzistorech, nebude Intel schopen dodržet cenu padesáti dolarů za sadu a se štěstím dosáhne ceny tří set dolarů. Intel v tu chvíli nabídl svou vlastní variantu – čtyři radikálně nové čipy, každý o zhruba 1900 tranzistorech (budoucí i4004 jich nakonec měl 2300). Upozorňoval na jejich univerzálnost a možnost použití i v dalších aplikacích. Leč ten hlavní důvod, proč nakonec Busicom na variantu Intelu kývl, byl jednoznačný. Univerzálnost nikoho nezajímala. Hlavní byla cena. Sepsal se nový kontrakt a mohlo se začít.
Federico Faggin a zrození procesoru 4004
Když se v březnu 1970 Busicom zdvořile optal na stav projektu, dospěl Noyce k závěru, že by bylo vhodné aspoň předstírat aktivitu. V mezičase totiž nikdo prakticky nic neudělal. Firma byla v krizi, protože polovodičový průmysl stagnoval a její paměťové čipy měly problémy. Noyce zadal Andymu Groveovi projekt spustit. Sice namítal a dával prioritu stabilizaci firmy, ale nakonec poslechl a našel ideálního šéfa pro realizaci něčeho tak přelomového.
Federico Faggin
Podnikatel, fyzik a vynálezce, tvůrce prvního komerčního mikroprocesoru, zakladatel společnosti Zilog
- narození: 1. prosince, 1941
- původ: Itálie
Ten, kdo nakonec první mikroprocesor přivedl do reality, se narodil v Itálii ve Vicenze ve válečném roce 1941, jen pár dní před útokem na Pearl Harbour. Byl synem profesora filozofie, ale na rozdíl od něj se věnoval něčemu... řekněme praktičtějšímu. Graduoval na nejstarší univerzitě na světě - v Padově. Zde ke středověkým nezbytným čtyřem oborům (medicíně, právu, filozofii a teologii) přidali kromě jiného i fyziku, takže ji mladý nadaný student mohl vystudovat s nejvyšším oceněním, u nás bychom řekli s červeným diplomem, v roce 1965.
Už po střední škole získal práci u Olivetti, kde v roce 1960 sestavil malý tranzistorový počítač. A po univerzitě pracoval v SGS Fairchild Italy, kde se podílel na vývoji a výrobě prvních integrovaných obvodů pomocí technologie MOS. Vzhledem k jeho nepochybnému talentu jej nakonec přetáhli do Palo Alta, centrály firmy, kde vytvořil vylepšený MOS proces výroby integrovaných obvodů, s pomocí kterého jsou vyráběny všechny CMOS čipy dnes.
Federico Faggin na snímku z roku 2011
Mohl by samozřejmě ve Fairchildu pokračovat, ale Faggin nebyl rutinérem, chtěl neustále překračovat hranice možného. Takže když mu nabídli místo v Intelu, tedy ve špičkové technologické firmě, neváhal. A úkol, který dostal, jej nadchl. Vytvořit první počítač v jednom čipu.
Jak se zrodily první mikroprocesory
Jenže sotva se Faggin do úkolu pustil, byl šokován. Zjistil, že se vlastně ani nezačalo. Předpokládal, že Hoff a Mazor dokončili návrh architektury a logiky čipu a že zbývá doladit jen pár obvodů či vlastní výkresy čipu. To se ale velice mýlil. Z Japonska dorazil Masatoshi Shima, aby prověřil stav projektu, zda má Busicom pokračovat v návrhu kalkulačky, no a byl také zděšen. Zjistil, že za půl roku od jeho přechozího působení v Intelu se prakticky nic nezměnilo.
Posila z Japonska: Masatoshi Shima. Na vývoji prvního mikroprocesoru má rovněž nemalou zásluhu (foto: Computer History Museum)
Fagginovi nezbylo než konstatovat, že s termínem dodání čipů jsou pozadu, a to ještě ani nezačal pracovat. Vrhl se ovšem do práce s neuvěřitelnou energií – 12 – 16 hodin denně, přičemž část práce svěřil Shimovi. Zásadní problém byl v tom, že Hoff nepočítal s tím, jak udělat čip dostatečně malý a dostatečně rychlý s malou spotřebou, aby se příliš nezahříval. Nicméně, Federico Faggin byl tím správným člověkem pro řešení tohoto problému. V té době na celé planetě pravděpodobně neexistoval vhodnější odborník.
Faggin musel vytvořit celou novou metodologii, jak takové nové čipy vytvářet. Ta byla založena na několika převratných ovšem velice chytrých nápadech, které fungování čipu neuvěřitelně zrychlily. Dodnes jsou při návrzích mikroprocesorů používány.
Koncem léta byl dokončen návrh rodinky čtyř čipů – 4001, což byla paměť ROM o velikosti 256 bytů, 4002, tedy RAM o velikosti 40 bytů, 4003 – tedy podpůrný vstupně-výstupní čip, no a vlastní 4004, čtyřbitový mikroprocesor, počítač na křemíkové destičce.
To je on: Intel C4004, první procesor, který se dal koupit. Na trhu byl od roku 1971 až do roku 1981, pracoval na frekvenci 740 kHz a pracoval s čtyřbitovou instrukční sadou (foto: Thomas Nguyen, CC BY-SA 4.0)
Laboratoř se pustila do práce, aby čipy vyrobila – první byl v říjnu 1970 hotový 4001, a když je Faggin otestoval, fungoval perfektně. To samé platilo o 4002 a 4003. Nelze se divit, že když pár dní před Silvestrem dorazila várka prototypů 4004, Faggin s dostatečným sebevědomím neočekával žádný zádrhel. Jenže žádný čip z té várky nepracoval. Vůbec nijak.
Faggin pod mikroskopem zjistil, že v průběhu výroby zapomněli v laboratoři na jednu kompletní vrstvu. Za tři týdny nato dorazila nová várka a ta už, k velké Fagginově úlevě, fungovala – bylo třeba upravit pár drobností, ale mikroprocesor byl hotový.
Je to sice fajn, ale nechceme to
Jenže příběh zdaleka není u konce. Bylo sice moc hezké, že měl Intel k dispozici první čtyřbitový čip světa, jenže když se Bob Noyce vydal do Japonska, čekala ho v Busicomu studená sprcha. Mezitím se totiž na poli kalkulaček zcela změnila situace, boom zažívaly levné modely se čtyřmi základními aritmetickými operacemi a Busicom už o sofistikovaný a patřičně drahý čip nestál. Dohoda byla nakonec upravena tak, že Intel získal výhradní právo prodávat i4004 i jiným firmám s výjimkou výrobcům kalkulaček (později padl i tento limit) a Busicom za vývoj nic nezaplatil.
Zdálo by se, že v Intelu mohli jásat. Měli čtyřbitový mikroprocesor a mohli jej svobodně prodávat. A kdyby jen to. V době vývoje 4004 se na Intel totiž obrátila firma Computer Terminal Corporation s prosbou o dodávku integrovaných obvodů pro její nový terminál. Ted Hoff navrhl to samé, co u Busicomu – vyvinout rychlejší sofistikovanější mikroprocesor, který by nahradil soustavu integrovaných obvodů. CTC s tím souhlasila, čip byl označen 1201 a vývojem pověřen Hal Feeney. Jenže vzhledem ke krizi, v níž se tehdy Intel ocitl, byl vývoj pomalý, až to CTC přestalo bavit a pověřila vývojem arcirivala Intelu – firmu Texas Instruments.
Nyní vstoupil do hry Andy Grove, který sice mikroprocesorům nefandil, ale toto bral jako svou osobní prohru – dal se s CTC do vyjednávání a podařilo se mu revokovat kontrakt. Faggin měl konečně čas, mohl pomoci, takže v létě 1971 byl čip 1201 hotový. A přišel znovu stejný šok – CTC čip najednou nechtěla kvůli situaci na trhu a prudkému poklesu ceny klasických logických TTL integrovaných obvodů. CTC se nakonec dohodla s Intelem, že si s čipem mohou udělat cokoliv chtějí. Intel si jej pojmenoval i8008 a měl najednou ve svém portfoliu hned dva mikroprocesory. Ale co s nimi?
Problém totiž spočíval v tom, komu je vlastně prodat. Na co by se vlastně hodily? Pro výrobu počítačů? Nikdo v Intelu si nedokázal představit, že by se počítače měly jednou vyrábět po milionech a malé krabičky by mohl mít každý doma. Že by jednou mohly nahradit mohutné mainframy či o něco menší minipočítače. Tehdy se v USA prodalo ročně cca 20 000 počítačů. I duchovní otec mikroprocesoru Ted Hoff napsal, že i když by Intel ovládl 10% trhu, tak kvůli prodeji 2000 mikroprocesorů to úsilí nestojí za to.
Když svět ještě nebyl připraven
Dále se nabízelo použití mikroprocesorů v různých automatizovaných systémech, ale i zde bylo několik problémů. Jednak stále dost vysoká cena. Také jistá setrvačnost v uvažování inženýrů, kteří se naučili sestavovat obvody z TTL čipů a najednou se po nich chtělo naučit se programovat a ovládnout zcela novou technologii. Dalším argumentem případných kupců byla neopravitelnost. Zatímco systém sestavený z mnoha levných logických obvodů mohl být opraven výměnou vadného kusu, v případě poruchy čipu to znamenalo použít nový – což při ceně kolem čtyř set dolarů nepředstavovalo levnou záležitost.
Když tedy byly ony dva první mikroprocesory představeny veřejnosti, tak to zdaleka nevypadalo na nějaký hit. Téměř se neprodávaly. Trvalo několik měsíců, než se objevily první zakázky. Ale paradoxně, poptávka nebyla po vlastních čipech, ale po vývojových nástrojích či emulátorech, pomocí kterých by inženýři mohli vyzkoušet, co se s těmi přelomovými kousky křemíku dá vlastně dělat.
Byl vytvořený skvělý testovací počítač Intellec, což ve skutečnosti nebyl jen pouhý emulátor, ale skutečný první mikropočítač, který doplněný o klávesnici a videoterminál znamenal naprostou revoluci. O několik let předstihl jiné „první“ mikropočítače, jako byly Micral, Scelbi 8H, Altair či jakýkoliv stroj s jablíčkem ve znaku. Jenže, Intel tehdy nepochopil, že by mohl vyrábět i mikropočítače, a de facto prototypový Intellec byl vzhledem k vysoké ceně používán pouze vývojáři firmwaru pro různé průmyslové aplikace.
Faggin stejně jako další z Intelu vyrazil na cesty, on sám dokonce do Evropy, aby své čipy propagoval a vysvětloval inženýrům, k čemu a jak by se daly využít. Během této cesty nasbíral spoustu inspirace a zjistil, kde je nutné jeho i8008 vylepšit. Zdaleka to nebyl tak dokonalý kousek křemíku, jak se sám předtím domníval.
Pozdě, ale přece: 8080
Faggin tedy sedl ke stolu a navrhl vylepšení. Věděl přesně, jak by ten nový mikroprocesor měl vypadat. Jenže, mikroprocesory se neprodávaly tak, jak si v Intelu představovali, takže to trvalo téměř rok, než v létě 1973 dostal se svým týmem zelenou a mohl se pustit do mikroprocesoru 8080.
Značně vylepšený, osmibitový a velmi oblíbený, takový byl Intel 8080 z roku 1974 (foto: Konstantin Lanzet, CC BY-SA 3.0)
Vývoj i8080 běžel jako po másle, nevyskytly se žádné problémy, žádný zádrhel, takže návrh byl hotov v prosinci 1973 a představen veřejnosti v březnu 1974. Vlastně, objevil se jen jediný drobný problém – kvůli té prodlevě, kdy management Intelu odmítal Fagginovi povolit vývoj, ztratila firma svou výjimečnou pozici. V tom samém roce totiž představili své mikroprocesory i jiní, tedy Texas Instruments a Motorola. Intel už nikdy nebyl na trhu sám.
Federico Faggin si velice dobře uvědomoval, že i i8080 by se dal vylepšit. Vzhledem ke špatné zkušenosti s managementem Intelu tušil, že se do dalšího mikroprocesoru nikdo nepohrne. Věděl moc dobře, jak své dílko dále vyšperkoval, ale také věděl, že v Intelu by na něco takového musel zase bůhvíjak dlouho čekat.
A tak koncem roku 1974 firmu opustil a založil přímou konkurenci, firmu Zilog, první firmu, která se měla věnovat výhradně mikroprocesorům. Z Intelu následně přetáhl i několik klíčových vývojářů, například Masatoshi Shimu. A roku 1976 pak světu představil své asi nejslavnější dítko – Z80. Jeden z nejvýkonnějších a nejdokonalejších osmibitových procesorů vůbec.
Zilog Z80 (foto: Damicatz, CC BY 2.5)
Z80 představuje asi vrchol Fagginovy práce na tomto poli. I nadále se pochopitelně věnoval mikropočítačovému průmyslu, například spoluzakládal společnost Synaptics, kde se podílel na vývoji touchpadu a dotykové obrazovky, získal samozřejmě i spoustu ocenění.
Leč ta hlavní zásluha obou – Tedda Hoffa a Federico Faggina – spočívá v myšlence a posléze vyvinutí prvního použitelného mikroprocesoru. Za tento přelomový čin byli také oba v roce 2009 ocenění získáním Národní technologické ceny. Zcela po zásluze.
TIP: Nepřehlédněte další díly seriálu o osobnostech IT historie!
Tento článek je součástí balíčku PREMIUM+
Odemkněte si exkluzivní obsah a videa bez reklam na devíti webech.
Vyzkoušet za 1 Kč
Nebo samostatné Živě Premium