या चिपच्या आगमनाने चिप विकासाची दिशाच बदलून टाकली!
१९७० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात, ८-बिट प्रोसेसर हे त्या काळातील सर्वात प्रगत तंत्रज्ञान होते आणि सेमीकंडक्टर क्षेत्रात CMOS प्रक्रिया तोट्यात होत्या. AT&T बेल लॅब्समधील अभियंत्यांनी चिपच्या कार्यक्षमतेत स्पर्धकांना मागे टाकण्याच्या आणि IBM व इंटेलला मागे टाकण्याच्या प्रयत्नात, अत्याधुनिक ३.५-मायक्रॉन CMOS उत्पादन प्रक्रिया आणि नाविन्यपूर्ण ३२-बिट प्रोसेसर आर्किटेक्चर यांचा मेळ घालून भविष्याकडे एक धाडसी पाऊल टाकले.
जरी त्यांचा शोध, बेलमॅक-३२ मायक्रोप्रोसेसर, इंटेल ४००४ (१९७१ मध्ये प्रदर्शित) सारख्या पूर्वीच्या उत्पादनांइतके व्यावसायिक यश मिळवू शकला नाही, तरी त्याचा प्रभाव खूप मोठा होता. आज, जवळजवळ सर्व स्मार्टफोन्स, लॅपटॉप्स आणि टॅब्लेट्समधील चिप्स, बेलमॅक-३२ ने प्रथम वापरलेल्या कॉम्प्लिमेंटरी मेटल-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (CMOS) तत्त्वांवर अवलंबून आहेत.
१९८० चे दशक जवळ येत होते, आणि एटी अँड टी (AT&T) स्वतःमध्ये परिवर्तन घडवण्याचा प्रयत्न करत होती. अनेक दशकांपासून, 'मदर बेल' या टोपणनावाने ओळखल्या जाणाऱ्या या दूरसंचार क्षेत्रातील बलाढ्य कंपनीने अमेरिकेतील व्हॉइस कम्युनिकेशन व्यवसायावर वर्चस्व गाजवले होते, आणि तिची उपकंपनी वेस्टर्न इलेक्ट्रिक अमेरिकेतील घरे व कार्यालयांमधील जवळजवळ सर्व सामान्य टेलिफोनचे उत्पादन करत होती. अमेरिकेच्या संघीय सरकारने मक्तेदारीविरोधी कायद्याच्या आधारावर एटी अँड टीच्या व्यवसायाचे विभाजन करण्याचा आग्रह धरला, परंतु एटी अँड टीला संगणक क्षेत्रात प्रवेश करण्याची संधी दिसली.
संगणक कंपन्या बाजारात आधीच चांगल्या प्रकारे स्थापित झाल्यामुळे, एटी अँड टीला त्यांची बरोबरी करणे अवघड वाटले; मोठी झेप घेण्याचे त्यांचे धोरण होते आणि बेलमॅक-३२ हे त्यासाठीचे एक महत्त्वाचे साधन ठरले.
बेलमॅक-३२ चिप परिवाराला आयईईई माईलस्टोन पुरस्काराने सन्मानित करण्यात आले आहे. यावर्षी न्यू जर्सीमधील मरे हिल येथील नोकिया बेल लॅब्स कॅम्पसमध्ये आणि कॅलिफोर्नियामधील माउंटन व्ह्यू येथील कॉम्प्युटर हिस्ट्री म्युझियममध्ये अनावरण समारंभ आयोजित केले जातील.
अद्वितीय चिप
८-बिट चिप्सच्या उद्योग मानकाचे पालन करण्याऐवजी, एटी अँड टी (AT&T) च्या अधिकाऱ्यांनी बेल लॅब्सच्या अभियंत्यांना एक क्रांतिकारक उत्पादन विकसित करण्याचे आव्हान दिले: एकाच क्लॉक सायकलमध्ये ३२ बिट्स डेटा हस्तांतरित करण्यास सक्षम असलेला पहिला व्यावसायिक मायक्रोप्रोसेसर. यासाठी केवळ एका नवीन चिपचीच नव्हे, तर एका नवीन आर्किटेक्चरचीही आवश्यकता होती—असे आर्किटेक्चर जे दूरसंचार स्विचिंग हाताळू शकेल आणि भविष्यातील संगणकीय प्रणालींचा कणा म्हणून काम करू शकेल.
"आम्ही केवळ एक वेगवान चिप बनवत नाही आहोत," असे बेल लॅब्सच्या होल्मडेल, न्यू जर्सी येथील सुविधेमधील आर्किटेक्चर गटाचे प्रमुख मायकल कॉन्ड्री म्हणाले. "आम्ही एक अशी चिप डिझाइन करण्याचा प्रयत्न करत आहोत जी व्हॉइस आणि कम्प्युट या दोन्हींना सपोर्ट करू शकेल."
त्या वेळी, CMOS तंत्रज्ञान हे NMOS आणि PMOS डिझाइनसाठी एक आश्वासक पण जोखमीचा पर्याय म्हणून पाहिले जात होते. NMOS चिप्स पूर्णपणे N-टाइप ट्रान्झिस्टरवर अवलंबून होत्या, जे वेगवान पण जास्त ऊर्जा वापरणारे होते, तर PMOS चिप्स धनप्रभारित होल्सच्या हालचालीवर अवलंबून होत्या, जी खूपच मंद होती. CMOS ने एक संकरित (हायब्रीड) डिझाइन वापरले, ज्यामुळे वेग वाढला आणि ऊर्जेची बचत झाली. CMOS चे फायदे इतके आकर्षक होते की उद्योगाच्या लवकरच लक्षात आले की, जरी त्यासाठी दुप्पट ट्रान्झिस्टर (प्रत्येक गेटसाठी NMOS आणि PMOS) लागले तरी ते फायद्याचेच होते.
मूरच्या नियमानुसार सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाच्या जलद विकासामुळे, ट्रान्झिस्टरची घनता दुप्पट करण्याचा खर्च आवाक्यात आला आणि अखेरीस नगण्य झाला. तथापि, जेव्हा बेल लॅब्सने हा उच्च-जोखीम असलेला जुगार खेळला, तेव्हा मोठ्या प्रमाणावरील CMOS उत्पादन तंत्रज्ञान अप्रमाणित होते आणि त्याचा खर्चही तुलनेने जास्त होता.
यामुळे बेल लॅब्स घाबरले नाही. कंपनीने इलिनॉयमधील होल्मडेल, मरे हिल आणि नेपरविल येथील आपल्या कॅम्पसमधील तज्ञतेचा उपयोग करून सेमीकंडक्टर अभियंत्यांची एक 'ड्रीम टीम' तयार केली. या टीममध्ये कॉन्ड्रे, चिप डिझाइनमधील एक उदयोन्मुख तारा स्टीव्ह कॉन, दुसरे मायक्रोप्रोसेसर डिझाइनर व्हिक्टर हुआंग आणि एटी अँड टी बेल लॅब्समधील अनेक कर्मचाऱ्यांचा समावेश होता. त्यांनी १९७८ मध्ये एका नवीन सीएमओएस प्रक्रियेवर प्रभुत्व मिळवण्यास सुरुवात केली आणि अगदी सुरुवातीपासून एक ३२-बिट मायक्रोप्रोसेसर तयार केला.
डिझाइन आर्किटेक्चरने सुरुवात करा
कॉन्ड्रे हे माजी IEEE फेलो होते आणि नंतर त्यांनी इंटेलचे मुख्य तंत्रज्ञान अधिकारी म्हणून काम केले. त्यांच्या नेतृत्वाखालील आर्किटेक्चर टीम युनिक्स ऑपरेटिंग सिस्टीम आणि सी भाषेला मूळतः समर्थन देणारी प्रणाली तयार करण्यासाठी वचनबद्ध होती. त्या वेळी, युनिक्स आणि सी भाषा दोन्ही अजून बाल्यावस्थेत होत्या, पण त्यांचे वर्चस्व निश्चित होते. त्या काळातील किलोबाइट्स (KB) या अत्यंत मौल्यवान मेमरीच्या मर्यादेला भेदण्यासाठी, त्यांनी एक जटिल इन्स्ट्रक्शन सेट सादर केला, ज्यासाठी कमी एक्झिक्युशन स्टेप्सची आवश्यकता होती आणि जो एका क्लॉक सायकलमध्ये कार्ये पूर्ण करू शकत होता.
अभियंत्यांनी व्हर्सामॉड्यूल युरोकार्ड (VME) पॅरलल बसला समर्थन देणाऱ्या चिप्सची रचनाही केली आहे, ज्यामुळे वितरित संगणन शक्य होते आणि अनेक नोड्सना समांतरपणे डेटावर प्रक्रिया करण्याची परवानगी मिळते. VME-सुसंगत चिप्सचा वापर रिअल-टाइम नियंत्रणासाठी देखील केला जाऊ शकतो.
संघाने युनिक्सची स्वतःची आवृत्ती लिहिली आणि औद्योगिक स्वचालन व तत्सम अनुप्रयोगांशी सुसंगतता सुनिश्चित करण्यासाठी तिला रिअल-टाइम क्षमता दिल्या. बेल लॅब्सच्या अभियंत्यांनी डोमिनो लॉजिकचाही शोध लावला, ज्यामुळे जटिल लॉजिक गेट्समधील विलंब कमी होऊन प्रक्रियेचा वेग वाढला.
जेन-ह्सुन हुआंग यांच्या नेतृत्वाखालील बेलमॅक-३२ मॉड्यूल या जटिल मल्टी-चिप पडताळणी आणि चाचणी प्रकल्पासह अतिरिक्त चाचणी आणि पडताळणी तंत्रे विकसित करून सादर करण्यात आली, ज्याने जटिल चिप निर्मितीमध्ये शून्य किंवा जवळपास शून्य दोष साध्य केले. व्हेरी लार्ज स्केल इंटिग्रेटेड सर्किट (VLSI) चाचणीच्या जगात ही पहिलीच घटना होती. बेल लॅब्सच्या अभियंत्यांनी एक पद्धतशीर योजना विकसित केली, त्यांच्या सहकाऱ्यांच्या कामाची वारंवार तपासणी केली आणि अखेरीस अनेक चिप फॅमिलींमध्ये अखंड सहकार्य साधले, ज्याचा परिणाम एका संपूर्ण मायक्रोकॉम्प्युटर प्रणालीमध्ये झाला.
यानंतर सर्वात आव्हानात्मक भाग येतो: चिपचे प्रत्यक्ष उत्पादन.
“त्या वेळी, लेआउट, चाचणी आणि उच्च-उत्पादन क्षमता वाढवणारी उत्पादन तंत्रज्ञानं खूप दुर्मिळ होती,” असं कांग आठवतात, जे नंतर कोरिया ॲडव्हान्स्ड इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (KAIST) चे अध्यक्ष आणि IEEE चे फेलो झाले. ते नमूद करतात की, संपूर्ण चिपच्या पडताळणीसाठी CAD साधनांच्या अभावामुळे टीमला मोठ्या आकाराची कॅलकॅम्प रेखाचित्रं प्रिंट करावी लागली. या योजनाचित्रांमध्ये अपेक्षित आउटपुट मिळवण्यासाठी चिपमध्ये ट्रान्झिस्टर, वायर्स आणि इंटरकनेक्ट्सची मांडणी कशी करावी हे दाखवले आहे. टीमने ती जमिनीवर टेपच्या साहाय्याने एकत्र जोडून ६ मीटरपेक्षा जास्त बाजू असलेले एक मोठे चौरसाकृती चित्र तयार केले. कांग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी प्रत्येक सर्किट रंगीत पेन्सिलने हाताने रेखाटले, आणि तुटलेली जोडणी तसेच एकमेकांवर आलेले किंवा अयोग्यरित्या हाताळलेले इंटरकनेक्ट्स शोधले.
एकदा भौतिक रचना पूर्ण झाल्यावर, संघासमोर आणखी एक आव्हान होते: उत्पादन. चिप्सचे उत्पादन पेनसिल्व्हेनियामधील ॲलनटाउन येथील वेस्टर्न इलेक्ट्रिकच्या प्लांटमध्ये होत असे, पण कांग यांच्या आठवणीनुसार यिल्ड रेट (वेफरवरील ज्या चिप्स कामगिरी आणि गुणवत्तेच्या मानकांची पूर्तता करत होत्या त्यांची टक्केवारी) खूपच कमी होता.
यावर उपाय म्हणून, कांग आणि त्यांचे सहकारी दररोज न्यू जर्सीहून गाडीने प्लांटवर येत, कंबर कसून कामाला लागत आणि फरशी झाडणे व चाचणी उपकरणांचे कॅलिब्रेशन करणे यांसारखी आवश्यक ती सर्व कामे करत, जेणेकरून कर्मचाऱ्यांमध्ये एकोपा निर्माण होईल आणि प्लांटने आतापर्यंत तयार करण्याचा प्रयत्न केलेले सर्वात गुंतागुंतीचे उत्पादन तिथे खरोखरच बनवता येऊ शकते, याची सर्वांना खात्री पटेल.
"संघबांधणीची प्रक्रिया सुरळीत पार पडली," कांग म्हणाले. "काही महिन्यांनंतर, वेस्टर्न इलेक्ट्रिक मागणीपेक्षा जास्त प्रमाणात उच्च-गुणवत्तेच्या चिप्सचे उत्पादन करण्यास सक्षम झाली."
बेलमॅक-३२ ची पहिली आवृत्ती १९८० मध्ये बाजारात आली, परंतु ती अपेक्षा पूर्ण करू शकली नाही. तिची कामगिरीची लक्ष्य वारंवारता ४ मेगाहर्ट्झ नसून केवळ २ मेगाहर्ट्झ होती. अभियंत्यांच्या लक्षात आले की, ते त्यावेळी वापरत असलेल्या अत्याधुनिक टाकेडा रिकेन चाचणी उपकरणात दोष होता, ज्यामुळे प्रोब आणि टेस्ट हेडमधील ट्रान्समिशन लाइनच्या परिणामांमुळे चुकीचे मापन होत होते. मापनातील त्रुटी सुधारण्यासाठी त्यांनी टाकेडा रिकेन टीमसोबत मिळून एक सुधारणा सारणी (correction table) विकसित केली.
दुसऱ्या पिढीच्या बेलमॅक चिप्सचा क्लॉक स्पीड ६.२ मेगाहर्ट्झपेक्षा जास्त, तर कधीकधी ९ मेगाहर्ट्झपर्यंत होता. त्या काळात हा वेग खूप जास्त मानला जात होता. आयबीएमने १९८१ मध्ये आपल्या पहिल्या पीसीमध्ये सादर केलेल्या १६-बिट इंटेल ८०८८ प्रोसेसरचा क्लॉक स्पीड केवळ ४.७७ मेगाहर्ट्झ होता.
बेलमॅक-32 ने का नाही'मुख्य प्रवाहात सामील होणे
आश्वासक असूनही, बेलमॅक-३२ तंत्रज्ञानाला व्यापक व्यावसायिक स्वीकृती मिळाली नाही. कॉन्ड्रे यांच्या मते, १९८० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात एटी अँड टीने उपकरणे बनवणारी कंपनी एनसीआरकडे लक्ष देण्यास सुरुवात केली आणि नंतर अधिग्रहणांचा मार्ग अवलंबला, याचा अर्थ कंपनीने वेगवेगळ्या चिप उत्पादन श्रेणींना समर्थन देण्याचे निवडले. तोपर्यंत, बेलमॅक-३२ चा प्रभाव वाढू लागला होता.
"बेलमॅक-३२ च्या आधी, NMOS चे बाजारात वर्चस्व होते," असे काँड्री म्हणाले. "पण CMOS ने चित्र पालटले, कारण फॅबमध्ये त्याची अंमलबजावणी करण्याचा तो अधिक कार्यक्षम मार्ग असल्याचे सिद्ध झाले."
कालांतराने, या जाणिवेने सेमीकंडक्टर उद्योगाला नवे स्वरूप दिले. CMOS हे आधुनिक मायक्रोप्रोसेसरचा आधार बनले, ज्यामुळे डेस्कटॉप संगणक आणि स्मार्टफोनसारख्या उपकरणांमधील डिजिटल क्रांतीला चालना मिळाली.
बेल लॅब्सचा धाडसी प्रयोग—ज्यात एका अप्रमाणित उत्पादन प्रक्रियेचा वापर केला गेला आणि चिप आर्किटेक्चरच्या संपूर्ण पिढीचा समावेश होता—हा तंत्रज्ञानाच्या इतिहासातील एक मैलाचा दगड ठरला.
प्राध्यापक कांग यांच्या शब्दांत: “जे शक्य होते, त्यात आम्ही आघाडीवर होतो. आम्ही केवळ अस्तित्वात असलेल्या मार्गाचे अनुसरण करत नव्हतो, तर आम्ही एक नवीन पायवाट तयार करत होतो.” प्राध्यापक हुआंग, जे नंतर सिंगापूर इन्स्टिट्यूट ऑफ मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्सचे उपसंचालक झाले आणि जे IEEE फेलो देखील आहेत, पुढे म्हणतात: “यात केवळ चिप आर्किटेक्चर आणि डिझाइनचाच नव्हे, तर मोठ्या प्रमाणावरील चिप व्हेरिफिकेशनचाही समावेश होता – हे CAD वापरून, पण आजच्या डिजिटल सिम्युलेशन साधनांशिवाय किंवा अगदी ब्रेडबोर्डशिवाय (सर्किटचे घटक कायमस्वरूपी जोडण्यापूर्वी चिप्स वापरून इलेक्ट्रॉनिक प्रणालीच्या सर्किट डिझाइनची तपासणी करण्याची एक प्रमाणित पद्धत) केले गेले.”
कॉन्ड्री, कांग आणि हुआंग त्या काळाची आठवण प्रेमाने काढतात आणि ज्यांच्या प्रयत्नांमुळे बेलमॅक-३२ चिप फॅमिली शक्य झाली, त्या अनेक एटी अँड टी (AT&T) कर्मचाऱ्यांच्या कौशल्याबद्दल आणि समर्पणाबद्दल कौतुक व्यक्त करतात.
पोस्ट करण्याची वेळ: १९ मे २०२५