PC 硬件史话

成立之初的 Intel 和 AMD

Intel 篇

书接上文,NM Electronics,在创立的头个月底改名成 Intel。据称,Intel 这个名字是启发自 integrated 和 electronics 的整合。

Intel 成立初期的主要业务并不是微处理器的开发与制造,而是瞄准半导体存储器市场,公司的首款产品便是 SRAM(静态随机存取存储器,现多见于 CPU 内部)—— Intel 3101。

3101 推出于 1969 年,比当时市场上的同类产品快了接近一倍。同年,Intel 还推出了 1101 和 3301 两款产品,前者是创新性地将 MOSFET 工艺运用于存储器制造的产物,后者则是一款只读存储器(Read-Only Memory)。虽然 3101 和 1101 这两款产品都颇具创新意义,但是影响并不大。真正使 Intel 开始出名的,是 1970 年发售的 1103——世界上第一款商用的 DRAM(动态随机存取存储器,也就是今天最常见的内存类型)。1103 在 1972 年成为了最为畅销的半导体存储芯片,并成功地在许多应用场合完成了 Intel 原本的设想——取代当时最流行的磁芯存储器(Magnetic-core memory)。

AMD 篇

与 Intel 不同的是,AMD 在成立之初原本是仙童半导体和国家半导体(National Semiconductor)第二供货商,专注于制造芯片,并引入了美国军方标准作为质量管理标准。要知道,在早期的计算机工业里,微芯片不可靠的质量是各大客户都极力想避免的问题,所以 AMD 靠这个赢得了一些优势。

在 1969 年 11 月,AMD 推出了它自己的首款产品:Am9300,一款移位寄存器。之后陆续推出了一系列畅销的元器件。

在 1971 年,AMD 进入了内存芯片市场,同年公司的销售额就已经达到了四百六十万美元。

到 1975 年,AMD 一共生产着 212 种产品,其中 49 种是自主研发的。

4004 与 8008

Intel 4004

终于讲到 Intel 的第一颗微处理器(Microprocessor),4004 的故事了。

1969 年,Busicom,一家日本的计算器公司拿着自己设计的一套由 12 枚 IC 组成的计算器引擎方案找到了刚成立不久的 Intel(其实是 Intel 主动去接触的),想让他们完善并生产这套引擎。然而 Intel 方面给出了一套更加优雅的方案,1971 年初,由 Federico Faggin 领导的开发团队设计出了一套只需要 4 枚芯片就可以取代原来的 12 枚芯片的芯片组,也就是后来的 MCS-4 芯片组,其中的核心便是大名鼎鼎的 4004。

4004 使用了 10 微米的制程,一共集成了约 2300 个晶体管,最高主频为 740 kHz,数据位宽为 4 bit,每秒最多能执行约 92000 条指令。这些参数在当时虽然并不是最强的,但因为它是市场上首款通用可编程处理器,又是全球首款商用单片微处理器,所以就像 1971 年 11 月 15 日 Intel 在 Electronic News 上刊登的广告语说的那样,它在集成电子领域开创了一个新的纪元。

4004 直到 1981 年才停产,期间推出了 4040 作为它的加强版。这里有一段 4004 发布三十五周年纪念会的录像,其中有两位设计师的演讲,感兴趣的朋友可以去看看:Intel 4004 Microprocessor 35th Anniversary

Intel 8008

8008 与 4004 实际上是两个独立进行的项目,8008 项目开始的时间甚至可能早于 4004。而 8008 背后的故事,则是非常有趣:

Computer Terminal Corporation (CTC) 是当时刚成立不久的一家设计制造小型桌面终端的公司,1967 年他们推出了一款非常受欢迎的机型:Datapoint 3300。

这款机型虽然卖的不错,然而它的小毛病可是不少,比如发热问题就是其一。为了解决这台机型上存在的问题,CTC 开始考虑采用单片 CPU 的设计来改进内部电路,于是公司掌门人之一的 Roche 找到了罗伯特·诺伊斯,交流了这个想法。诺伊斯觉得这是个绝妙的点子,而且 Intel 有能力做,但是这样子干很蠢:“一台计算机只能卖一块主处理芯片,但是可以卖数百颗存储芯片”。另一个考量则是当时 Intel 的存量客户几乎都是买他们的存储芯片搭配自己研发的处理器,而一旦 Intel 开始卖自家的处理器了,那么它和客户间就可能会形成竞争关系,原本的客户可能会另寻供应商。

但最终诺伊斯还是在 1970 年初和 CTC 签下了价值 50000 美元的开发合同,不过呢,CTC 同时还找了德州仪器作为它们的备胎。

接下来的故事就众说纷纭了,英文维基上给出的这个缺少来源的说法是 TI(德州仪器)拿到了 Intel 的早期设计,并做出了样片,但是有许多 bug,被 CTC 给否了。Intel 自己的进度也不顺利,推迟了。结果呢,CTC 那边等不及了,还是用了老而成熟的方案在 1970 年 3 月末推出了改进型新品:Datapoint 2200。这新品都出了,那么自然也就不需要原来计划的配套处理器了,所以 CTC 叫停了代号为 1201 的芯片的研发。

半年过去了,似乎是注意到了 4004 的成功,有家计算器生产商向 Intel 表达了想把 1201 芯片用在他们家的科学计算器上的想法。正巧隔壁 4004 项目已经完成了,我们的老熟人 Federico Faggin 过来接手了 1201 项目,他们对原来的设计进行了一些小调整。最终在 1971 年的晚些时候,Intel 把完成版的 1201 送到了 CTC 手上。

结果 CTC 为了推出新的产品,已经不满足于 1201 所提供的性能,于是他们砍掉了这个项目,用 1201 身上的所有知识产权代替五万美金向 Intel 支付了费用。随后 Intel 将这款产品更名为 8008,并在 1972 年 4 月份将它以 $120 的价格放进了自家的产品目录里,他们原本担心的老客户流失问题也没有发生,反而延续了 4004 在商业上的成功。

与 4004 一样,8008 也是采用的 10 微米制程,集成了约 3500 个晶体管,早期版本主频为 500 kHz,后来升高至 800 kHz。但因为数据位宽为 8 bit,所以实际性能比 4004 还是要高不少。

8008 最大的意义还是在它的设计上,后来 1974 年 4 月份发布的 8080 延续了它的设计,而 x86 的开创者 8086 则是继承了 8080 的指令集,所以说 8008 是现在所有 x86 CPU 的老祖宗也不为过。

AMD 的逆向工程

1974 年,Intel 推出了 8080 微处理器。AMD 此时想进入微处理器的市场,于是他们搞到一块早期的 8080 芯片,对其展开了逆向工程:显微拍照,用照片捣鼓出了原理图和逻辑图,然后研发出了自己的第一款微处理器:Am9080。

Am9080 的制造成本只需要 50 美分,但却以 700 美元一片的价格卖给军用市场。结果不久之后 Intel 就与 AMD 签署了一份协议,AMD 成为了 8080 的授权第二供应商,这使得两家可以联合打入那些不接受单一供货源的市场,这份协议也给后来的故事埋下了伏笔。

结语

虽然 Intel 研发出的这两款单片型处理器的性能都挺一般的,但还是有不少业界人士和爱好者注意到了这种类型的处理器的远大前景——可以加速计算机的小型化,而事实上,在七十年代中期,已经有几家公司开始尝试用 Intel 的芯片设计制造小型的计算机了。

下一章,笔者将会把主视角从 CPU 转开,尝试讲述一下 IBM PC 兼容标准诞生的故事。

参考资料

  1. Intel at 50: Intel’s First Product – the 3101
  2. Intel at 50: Intel’s 1101
  3. MyNikko.com 微處理器博物館 - Intel 3101
  4. 纪念英特尔成立五十周年 篇一 阴差阳错
  5. The Story of the Intel® 4004
  6. MCS-8 - Intel - WikiChip

英文维基不作为参考资料列出。