O nascimento do microprocessador

O Intel 4004 é considerado o primeiro microprocessador - em outras palavras, o primeiro computador de uso geral em um chip - mas sua criação pela Intel se resumiu a uma combinação de trabalho árduo, o tempo certo e a sorte.

A história do chip realmente começa em 1969, quando uma empresa japonesa chamada Nippon Calculating Machine Corporation (mas conhecida como Busicom, após o nome de suas calculadoras) contratou a Intel para construir os chips necessários para uma nova calculadora. A Busicom era uma empresa de calculadoras relativamente pequena que perdia participação em um mercado em rápida consolidação e precisava de uma nova solução. E a Intel era uma startup, fundada em 1968 com cerca de 200 funcionários, principalmente focada na construção de chips de memória.

Ambos precisavam de algo novo.

O co-fundador da Intel e então CEO Robert Noyce havia visitado o Japão por volta do final de 1968, procurando clientes. Noyce teve uma reunião com a Sharp, então uma das líderes em calculadoras, mas a Sharp já tinha contratos existentes. Tadashi Sasaki, da Sharp, diz que apresentou Noyce ao presidente da Busicom, Yoshio Kojima, e foi assim que a Intel conseguiu o contrato para construir os chips da calculadora da Busicom.

O marciano Edward "Ted" Hoff, que havia ingressado na Intel como funcionário nº 12 em 1968, foi designado para criar produtos que levariam as pessoas a mudarem da memória principal mais antiga para os novos chips de memória da Intel. Segundo ele, o primeiro projeto personalizado da Intel deveria ser feito para uma empresa que conhecia como Indústrias Técnicas Elétricas, mas que mais se chamava Busicom.

Segundo Masatoshi Shima, então um jovem engenheiro da Busicom, mas destinado a se tornar uma parte importante da equipe de design, a empresa planejava construir uma série de chips de uso geral "que seriam usados ​​não apenas para uma calculadora de mesa, mas também para uma máquina comercial, como uma máquina de cobrança, caixa registradora e caixa eletrônico ". Mas o Busicom não disse isso à Intel na época "porque era um assunto confidencial entre o Busicom e a NCR Japão", então a Intel achou que o objetivo era apenas construir uma calculadora mais poderosa.

O contrato inicial foi assinado em abril de 1969 e, no final de junho, Shima e dois outros engenheiros da Busicom chegaram à Intel. O plano original tinha engenheiros da Busicom projetando uma série de chips LSI e a Intel fabricando os chips usando sua tecnologia MOS (semicondutor de óxido de metal). A Intel deveria receber US $ 100.000 para criar os chipsets e, em seguida, US $ 50 para cada conjunto feito, com a Busicom comprometendo-se com pelo menos 60.000 unidades.

Shima diz que sua equipe propôs fabricar nove tipos de chips LSI, mas, na maioria das contas, isso logo se tornou uma proposta de 12 chips, com alguns deles exigindo de 3.000 a 5.000 transistores cada - uma quantidade enorme para 1969, quando a calculadora padrão tinha seis chips, cada um dos quais tinha de 600 a 1.000 transistores. Hoff olhou para os planos e achou que os chips eram muito complicados de fabricar e "que não seríamos capazes de fabricar essas coisas com as metas de preço".

Hoff analisou o design e teve uma variedade de conceitos, incluindo a mudança da aritmética decimal para a aritmética binária, usando um chip de uso geral com um conjunto de instruções simples.

Hoff achou que o plano do Busicom era excessivamente complicado e, em vez disso, sugeriu a criação de um chip lógico de uso geral, com muitas das instruções do software armazenadas nos chips de memória. Conforme citado em The Man Behind the Microchip (2006), de Leslie Berlin, Hoff foi ao CEO da Intel Noyce e explicou seu conceito, que consistiria em um microprocessador, dois chips de memória e um registro de turno. "Acho que podemos fazer algo para simplificar isso", disse Hoff. "Eu sei que isso pode ser feito. Pode ser feito para emular um computador". Embora ele não tivesse sido oficialmente encarregado do trabalho de projetar os chips para a máquina, Noyce lhe deu permissão para continuar trabalhando no conceito.

Hoff trabalhou nos conceitos durante o verão e, com o engenheiro Stanley Mazor, Hoff criou um desenho em bloco da arquitetura. Seria um chip lógico binário de 4 bits (em oposição ao design decimal da Busicom) e armazenaria os programas para executar as funções da calculadora em um chip de memória, que era a especialidade da Intel na época.

Há lembranças um pouco diferentes de como Shima e a equipe Busicom reagiram ao conceito. De acordo com Hoff, citado em The Intel Trinity (2014, HarperBusiness), de Michael S. Malone, "fiz algumas propostas aos engenheiros japoneses para fazer algo nesse sentido [a arquitetura de uso geral] - e eles não estavam nem um pouco interessados. Eles disseram que reconheciam que o design era muito complicado, mas estavam trabalhando na simplificação e estavam dispostos a projetar calculadoras e nada mais. Eles simplesmente não estavam interessados ​​".

Masatoshi Shima, do Busicom, que estava executando o projeto a partir do dado do Busicom, lembra-se um pouco diferente. Em uma história oral, ele disse: "Eu senti que a proposta de Hoff era boa, mas se aceitássemos a proposta de Hoff, teríamos que fazer o projeto novamente desde o início". Shima anotou todos os detalhes que Hoff ainda não tinha.

Em agosto, Noyce enviou uma nota ao presidente da Busicom, Yoshia Kojima, avisando-o de que, devido à complexidade do design da Busicom, "não havia possibilidade de fabricar essas unidades por US $ 50 / kit mesmo para o kit mais simples" e sugerindo que o custo real seria ser cerca de US $ 300.

Em seguida, uma carta formal à Busicom e uma reunião entre as duas empresas em outubro, onde a Busicom decidiu seguir o design da Intel. Mas levaria até fevereiro de 1970 para que o contrato formal fosse acordado.

O papel de Faggin

Busicom esperava que a Intel estivesse trabalhando no novo plano e sugeriu que a empresa tivesse um diagrama de circuitos substancialmente completo quando Shima, que retornara ao Japão, viesse para uma visita em 7 de abril de 1970. Mas a Intel estava tendo problemas com outros chips e passando por uma desaceleração no setor e não havia feito nenhum progresso. Em outras palavras, ele tinha o conceito para os chips, incluindo diagramas de blocos de como os chips precisariam funcionar, mas não o design real dos chips: os detalhes técnicos de como os transistores se encaixariam e poderiam ser fabricados.

Para liderar esse processo, a Intel contratou Federico Faggin da Fairchild Semiconductor. Como ele descreve, ele ingressou na empresa naquela semana, e uma de suas primeiras tarefas foi conhecer Shima e explicar que a Intel não tinha os chips prontos. "Eu tinha agora essa tarefa, onde estou essencialmente seis meses atrasado no dia seguinte ao início", disse ele.

Como Faggin descreveu em sua história sobre o nascimento do microprocessador, "trabalhei furiosamente, 12 a 16 horas por dia. Primeiro, resolvi os problemas de arquitetura restantes e depois estabeleci as bases do estilo de design que usaria para Finalmente, iniciei o design da lógica e do circuito e, em seguida, o layout dos quatro chips. Eu tive que desenvolver uma nova metodologia para o design de lógica aleatória com a tecnologia de porta de silício; isso nunca havia sido feito antes ".

Ele trabalhou em estreita colaboração com Shima, que era novo no design do MOS, mas havia trabalhado em chips LSI, e juntos eles criaram os chips que se tornariam a família MCS-4. O modelo 4001 era um chip de memória ROM de 2.048 bits projetado para armazenar a programação. O 4002 era um chip de memória RAM de 320 bits projetado para ser um cache de dados. O 4003 era um registro de entrada e saída de 10 bits para alimentar os dados no processador principal e remover o resultado. E, finalmente, o modelo 4004 era uma unidade lógica de processamento central de 4 bits.

Por todas as contas, este foi um esforço hercúlico, com Faggin e Shima desenvolvendo chips muito mais rápido do que o normal. Os vários chips estavam todos em partes diferentes do processo em momentos diferentes e, no final de dezembro, as primeiras versões estavam prontas. Como de costume, eles exigiram alguns ajustes, mas em março, Faggin enviou o primeiro 4004 totalmente operacional para Shima, que já havia retornado ao Japão. No final, o 4004 era um único chip de silício que media 1/8 por 1/6 de polegada com 2.250 elementos de circuito individuais.

Na conta de Faggin, "Demorou um pouco menos de um ano para passar da ideia para um produto totalmente funcional". Segundo Shima, "a partir da ideia geral do Busicom, durou cerca de dois anos e três meses. E em abril de 1971, finalmente, a calculadora de mesa funcionou publicamente. Fiquei tão empolgado!"

Intel obtém direitos

No contrato inicial do chip, a Busicom detinha os direitos exclusivos do 4004. Mas, na primavera de 1971, o mercado de calculadoras estava em declínio e a Busicom queria renegociar o contrato. Embora houvesse algumas preocupações na Intel sobre o tamanho do mercado e o fato de que a Intel era uma empresa de memória, não uma empresa de processos, Faggin, Hoff e Mazor pressionaram outras pessoas da empresa a recuperar os direitos de venda do chip. para outros clientes.

Como lembra Hoff, "um dos argumentos que recebi do pessoal de marketing foi sobre o momento em que eu dizia: 'Você deveria ter o direito de vendê-lo' ', disse:' Olha, eles vendem apenas cerca de 20.000 mini-computadores por ano E chegamos atrasados ​​ao mercado e você teria sorte em obter 10% disso. Isso significa 2.000 fichas por ano. E eles disseram: 'Simplesmente não vale a pena as dores de cabeça do suporte e tudo mais por um mercado de apenas 2.000 chips'."

Eventualmente, Noyce assinou o contrato e a Intel conseguiu legalmente vender o chip para outras empresas, exceto os concorrentes da Busicom.

Mas o 4004 nunca foi capaz de encontrar uma grande audiência com outros clientes, em parte por causa de suas limitações - era apenas um processador de quatro bits com uma memória limitada. Enquanto a Intel anunciou formalmente o chip na edição de 15 de novembro de 1971 da Electronics News, sob o título "Uma nova era na eletrônica integrada", com uma cópia proclamando "um computador microprogramável em um chip". Mas a indústria e a própria Intel estavam prestes a passar para processadores mais novos e melhores.

O 8008 - Mudando para a computação de 8 bits

Pouco depois de a Busicom ter procurado a Intel para fazer chips para sua calculadora, a Computer Terminals Corporation (CTC), mais tarde denominada Datapoint, pediu à Intel uma proposta de chips para um novo terminal de computador - uma tela e teclado projetados para conectar-se a um computador remoto. Novamente, Hoff e Mazor propuseram um microprocessador para lidar com a lógica.

Havia várias grandes diferenças entre o 4004 e o 8008, mesmo que não parecessem muito distantes. Para começar, o 8008 era um microprocessador de 8 bits, que o tornava grande o suficiente para trabalhar em 8 bits de dados - o suficiente para um "byte" ou um caractere - de cada vez. Além disso, ao contrário do 4004, que exigia seus próprios chips de memória especiais, o 1201 foi projetado para usar a memória padrão.

O projeto começou em dezembro de 1969 com uma reunião com Andrew Grove, na qual a Datapoint pediu chips para um computador de 8 bits. De acordo com Mazor, ele fez três propostas ao Datapoint - duas variações em uma pilha de registradores de 8 bits e "uma CPU de 8 bits inteira em um chip". A essa altura, Mazor e Hoff já estavam trabalhando no projeto Busicom que incluiria o 4004.

Na mesma época, o Datapoint aparentemente pediu à Texas Instruments um design semelhante. Em alguns relatos, o Datapoint levou o esquema de Hoff e Mazor até Dallas, onde a idéia começou a se transformar em um programa de desenvolvimento no laboratório de semicondutores da TI.

Mazor diz que acha muito provável que a TI tenha originalmente proposto um conjunto de vários chips e que o Datapoint tenha trazido a proposta da Intel para a TI; portanto, a TI tentou construir um chip com essa especificação. Mas Mazor diz que o chip da TI não poderia ter funcionado porque sua especificação tinha um "defeito".

A Intel contratou Hal Feeney em março de 1970 para trabalhar no design específico do chip, então conhecido como 1201, da mesma forma que Faggin havia trabalhado no 4004; e, de fato, cada um ajudou no outro projeto. O trabalho no 1201 continuou até meados de 1970, mas a Intel ficou preocupada se o Datapoint realmente usaria o chip, então o trabalho foi feito em hiato, enquanto Mazor e outros trabalharam mais no 4004.

A Texas Instruments tinha um design de chip em março de 1971, que levaria alguns meses antes do 4004 estar funcionando e anunciou seu chip em julho de 1971, vários meses antes do anúncio do 4004. Mas este chip aparentemente nunca foi enviado.

Mas o anúncio da TI estimulou a Intel, e em especial a Grove, a redobrar seus esforços no 1201. No final, o Datapoint não usou os chips Intel ou TI. Em vez disso, quando a Intel concluiu o design, o Datapoint 2200 foi introduzido usando chips TTL convencionais.

Mesmo que o Datapoint não estivesse interessado, a Intel estava começando a ver o interesse de outras empresas, como a Seiko, que queriam construir uma calculadora científica de 8 bits.

Nesse ponto, a Intel começou a pensar mais seriamente em nomes. O esquema de nomes original da Intel era baseado nos diferentes tipos de peças que estava criando, para que cada chip da família tivesse números diferentes. Faggin diz que ele deu o nome à família 4000 porque era mais consistente. Então, após a introdução do 4004, o departamento de marketing mudou o 1201 para o 8008 para refletir que era um chip de 8 bits, e foi assim que o 8008 foi chamado quando foi lançado em abril de 1972. O 8008 levou ao grande esforço da Intel no marketing de microprocessadores e levou à criação do Grupo de Sistemas de Microcomputador e à criação de placas e sistemas de desenvolvimento. Isso, por sua vez, certamente ajudou a estimular a criação de vários dispositivos de 8 bits, incluindo algumas das máquinas que eram os primeiros microcomputadores.

Quem merece o crédito?

Ao longo dos anos, houve muitos debates sobre o 4004, seu lugar como o primeiro microprocessador e o crédito que cada um dos participantes merecia.

A história dos circuitos integrados é uma integração cada vez mais ampla; portanto, a ideia de que você poderia colocar todos os recursos desejados em um "CPU em um chip" estava no ar certamente no final dos anos 60.

A Intel não estava sozinha em reconhecer a necessidade de um processador de uso geral, pois havia muitos clientes que queriam que os processadores projetassem um chip personalizado para cada um deles. Mais tarde, Hoff e Noyce escreveriam "Se isso continuasse… o número de circuitos necessários proliferaria além do número de projetistas de circuitos. Ao mesmo tempo, o uso relativo de cada circuito cairia…. O aumento do custo do projeto e o uso reduzido impediriam os fabricantes de amortizar os custos sobre uma grande população de usuários e reduzir as vantagens da curva de aprendizado ".

"As pessoas conversavam sobre um computador em um chip por anos", disse o co-fundador da Intel, Gordon Moore, "mas ele sempre existia no futuro. O que Ted viu foi que, com a complexidade com a qual já estávamos trabalhando, você poderia realmente fazer um circuito integrado como esse agora. Esse foi o verdadeiro avanço conceitual ".

E mesmo Ted Hoff às vezes subestima a importância do conceito. "A invenção real do microprocessador não era tão importante quanto simplesmente apreciar que havia um mercado para tal coisa."

Mas havia outros candidatos ao título de primeiro microprocessador. A Texas Instruments anunciou, na verdade, um "CPU em um chip" em abril de 1971, projetado inicialmente como um chip de contrato para a Computer Terminal Corporation (mais tarde Datapoint). Aparentemente, isso nunca funcionou e, de fato, a Intel estava trabalhando em um chip para CTC com a mesma especificação; isso era conhecido como 1201 e acabaria sendo renomeado para 8008. Talvez mais importante, no final de 1971, o engenheiro da Texas Instruments Gary Boone e Michael Cochrane produziram o primeiro protótipo de um circuito integrado que incluía um circuito de entrada-saída, memória e um processador tudo em um chip, em oposição ao conjunto MCS-4 de quatro chips. Conhecido como TMS1000, este foi usado inicialmente em uma calculadora de TI e tornou-se disponível comercialmente em 1974. Boone recebeu uma patente para sua CPU em 1973, e mais tarde Boone e Cochran receberam uma patente para um computador em um chip.

O advogado de patentes da Intel era cético em fazer grandes reivindicações e resistiu ao desejo de Hoff de patentear o trabalho como um "computador" porque seria muito complicado e porque outros tinham o conceito de colocar um computador em um chip. Segundo Hoff, "ele disse que não valia a pena e, basicamente, recusou-se a escrever uma patente". Em vez disso, eles registraram patentes mais específicas e mais limitadas. A Intel recebeu duas patentes: Hoff, Mazor e Faggin receberam uma no "Sistema de memória para um computador digital com vários chips", cobrindo a organização de barramento externo e o esquema de endereçamento de memória do chipset Intel MCS-4, enquanto a Faggin recebeu uma para um circuito que pode redefinir a CPU quando a energia é ligada.

Anos mais tarde, o inventor Gilbert Hyatt receberia uma patente do microprocessador, que ele registrou em 1970, com base em uma invenção que ele diz ter feito em 1968 na empresa Microcomputer Inc. Mas isso não parece ter sido fabricado. Enquanto isso, Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase e RCA também estavam trabalhando em dispositivos semelhantes a microprocessadores. Ainda assim, o 4004 é quase universalmente considerado o primeiro microprocessador.

Entre a equipe da Intel, também houve controvérsias sobre a divisão do crédito. A maioria dos observadores credita todos os quatro homens diretamente envolvidos na criação do chipset, mas nem sempre é assim.

Faggin deixaria a Intel no final de 1974, poucos meses após a introdução do 8080, para iniciar o Zilog, levando consigo Shima e outros engenheiros da Intel, e, segundo Faggin, isso irritou Andy Grove, da Intel. Malone cita Faggin, dizendo: "Lembro-me dele dizendo: 'Você nunca terá sucesso, não importa o que faça. Você não terá nada para contar a seus filhos e netos". Implícito nessas palavras era que eu não teria legado em semicondutores. Que nunca receberia crédito pelo que fiz na Intel. Era como se ele estivesse me amaldiçoando ".

Se foi dramático ou não, parece que a Intel deu a maior parte do crédito a Hoff, e isso continuou em muitas histórias. Por exemplo, tanto TR Reid, em The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks), como Dirk Hansen, The New Alchemists (1983, The Book Service Ltd) dão crédito quase único a Hoff, assim como o biógrafo de Grove, Richard Tedlow. De fato, Malone diz que a partir de então, a Intel deu todo o crédito pelo microprocessador a Hoff e nenhum a Faggin até 2009 com a estréia de The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), um documentário sobre a fundação do Vale do Silício..

Mas há outras histórias que apontam o papel de Faggin (e as de Shima e Mazor, que são ainda mais negligenciadas), voltando às entrevistas que Hoff deu na década de 1980. Em 1993, uma publicação da Intel comemorando o 25º aniversário da empresa creditou a Hoff a solução e deu a ele uma imagem de página inteira, mas Faggin foi reconhecido por transformar "a visão de Hoff em realidade de silício". Em 1996, quando comemorávamos o 25º aniversário do microprocessador em um evento da Comdex, a Intel me ajudou a entrar em contato com todos os quatro criadores, que receberam o prêmio PC Magazine Lifetime Achievement.

De fato, parece importante creditar todos os quatro homens - Hoff por sua visão e conceitos básicos, Mazor pela programação e trabalho nos diagramas de blocos, Shima pela criação do design lógico e Faggin pela criação do impressionante design de silício para os chips. Juntos, eles criaram o primeiro microprocessador de uso geral e, ao fazer isso, criaram a base não apenas para o que se tornaria a indústria de computadores pessoais, mas também para um número incontável de outros dispositivos eletrônicos. Literalmente, bilhões de microprocessadores são vendidos a cada ano - todos muito mais complexos que o 4004 original - e sem eles, nosso mundo eletrônico moderno seria impossível.