La naissance du microprocesseur

L'Intel 4004 est considéré comme le premier microprocesseur - en d'autres termes, le premier ordinateur polyvalent sur puce -, mais sa création par Intel s'est résumée à une combinaison de travail acharné, de synchronisation appropriée et de chance.

L'histoire de la puce commence réellement en 1969, lorsqu'une société japonaise appelée la Nippon Calculating Machine Corporation (connue sous le nom de Busicom, d'après le nom de ses calculatrices) a demandé à Intel de fabriquer les puces nécessaires à une nouvelle calculatrice. Busicom était une société de calculatrice relativement petite perdant sa part de marché sur un marché en rapide consolidation et recherchait une nouvelle solution. Et Intel était une start-up fondée en 1968 avec environ 200 employés, principalement axée sur la construction de puces de mémoire.

Les deux avaient besoin de quelque chose de nouveau.

Le cofondateur d’Intel, puis PDG, Robert Noyce, s’était rendu au Japon vers la fin de 1968 pour y chercher des clients. Noyce a eu une réunion avec Sharp, alors l'un des leaders en calculatrices, mais Sharp avait déjà des contrats en cours. Donc, Tadashi Sasaki, de Sharp, a déclaré avoir présenté Noyce au président de Busicom, Yoshio Kojima, et c'est ainsi qu'Intel a obtenu le contrat de construction des puces pour la calculatrice de Busicom.

Marcian Edward "Ted" Hoff, qui avait rejoint Intel en tant qu'employé n ° 12 en 1968, avait pour mission de créer des produits permettant aux utilisateurs de passer de la mémoire principale plus ancienne aux nouvelles puces de mémoire d'Intel. Dans son récit, le premier projet personnalisé d’Intel devait être réalisé pour une société connue sous le nom d’Electro Technical Industries, mais qui s'appelait pour la plupart Busicom.

Selon Masatoshi Shima, alors jeune ingénieur chez Busicom, mais destiné à devenir un élément important de l'équipe de conception, l'entreprise envisageait de construire une série de puces à usage général "qui seraient utilisées non seulement pour une calculatrice de bureau, mais aussi pour machine professionnelle, telle qu’une machine à facturer, une caisse enregistreuse et un guichet automatique. " Mais Busicom n'avait pas dit cela à Intel à l'époque, "parce que c'était une affaire confidentielle entre Busicom et NCR Japan", Intel a donc pensé que l'objectif était simplement de construire une calculatrice plus puissante.

Le contrat initial a été signé en avril 1969 et, fin juin, Shima et deux autres ingénieurs de Busicom sont arrivés chez Intel. Selon le plan initial, les ingénieurs de Busicom concevaient une série de puces LSI et Intel fabriquait ces puces en utilisant sa technologie MOS (métal-oxyde-semi-conducteur). Intel devait recevoir 100 000 USD pour créer les jeux de puces, puis 50 USD pour chaque jeu fabriqué, Busicom s’engageant à au moins 60 000 unités.

Shima dit que son équipe a proposé de fabriquer neuf types de puces LSI, mais la plupart des comptes en ont vite fait une proposition à 12 puces, certaines d'entre elles nécessitant chacune de 3 000 à 5 000 transistors - une somme énorme pour 1969 lorsque la calculatrice standard en possédait six. dont chacun avait 600 à 1000 transistors. Hoff a examiné les plans et a estimé que les puces étaient trop compliquées à fabriquer et "que nous ne serions pas en mesure de fabriquer ces produits dans les objectifs de prix".

Hoff a examiné la conception et a développé une variété de concepts, dont le passage de l'arithmétique décimale à l'arithmétique binaire, avec l'utilisation d'une puce plus générale avec un jeu d'instructions simple.

Hoff pensait que le plan Busicom était trop compliqué et a plutôt suggéré de créer une puce logique polyvalente, avec une grande partie des instructions logicielles stockées sur des puces mémoire. Comme le citait The Man Behind the Microchip (2006, Oxford University Press) de Leslie Berlin, Hoff s’adressa à Noyce, PDG d’Intel, et lui expliqua son concept, qui consisterait en un microprocesseur, deux puces de mémoire et un registre à décalage. "Je pense que nous pouvons faire quelque chose pour simplifier cela", a déclaré Hoff. "Je sais que cela peut être fait. Cela peut être fait pour imiter un ordinateur." Bien qu'il n'ait pas été officiellement chargé de concevoir les puces pour la machine, Noyce lui a donné la permission de continuer à travailler sur le concept.

Hoff a travaillé sur les concepts au cours de l'été, et avec l'ingénieur Stanley Mazor, Hoff a créé un dessin en bloc de l'architecture. Ce serait une puce logique binaire à 4 bits (contrairement à la conception décimale de Busicom) et stockerait les programmes permettant d'exécuter les fonctions de la calculatrice sur une puce de mémoire, qui était la spécialité d'Intel à l'époque.

Les souvenirs de Shima et de l’équipe de Busicom sont quelque peu différents. Selon Hoff, cité dans The Intel Trinity (2014, HarperBusiness) de Michael S. Malone, "j'ai donc proposé aux ingénieurs japonais de faire quelque chose dans ce sens [de l'architecture à usage général] - et ils n'étaient pas les moins intéressés. Ils ont dit qu'ils avaient reconnu que la conception était trop compliquée, mais qu'ils travaillaient à la simplification et qu'ils ne devaient concevoir que des calculatrices, rien de plus. Ils n'étaient tout simplement pas intéressés."

Masatoshi Shima, de Busicom, qui dirigeait le projet depuis la matrice de Busicom, s'en souvient un peu différemment. Dans une histoire orale, il a déclaré: "Je pensais que la proposition de Hoff était bonne, mais si nous acceptions la proposition de Hoff telle qu'elle était, nous devions refaire le projet depuis le début." Shima nota tous les détails que Hoff n'avait pas encore.

En août, Noyce a envoyé une note au président de Busicom, Yoshia Kojima, l'avertissant qu'en raison de la complexité de la conception de Busicom, il était "impossible de fabriquer ces unités à 50 $ / kit, même pour le kit le plus simple" et suggérant que le coût réel être autour de 300 $.

Cela a été suivi d'une lettre officielle à Busicom et d'une réunion entre les deux sociétés en octobre, au cours de laquelle Busicom a décidé de se lancer dans la conception d'Intel. Mais il faudra attendre février 1970 pour que le contrat formel soit convenu.

Le rôle de Faggin

Busicom s’attendait à ce que Intel travaille sur le nouveau plan et suggère que la société dispose d’un schéma de circuit pratiquement terminé au moment où Shima, rentré au Japon, est venu lui rendre visite le 7 avril 1970. Mais Intel avait des problèmes avec d’autres puces et traversant un ralentissement de l’industrie et n’ayant fait aucun progrès. En d’autres termes, elle avait le concept pour les puces, y compris des schémas fonctionnels indiquant le fonctionnement des puces, mais pas la conception même des puces: les détails techniques de la manière dont les transistors s’emboîteraient et pourraient être fabriqués.

Pour diriger ce processus, Intel a engagé Federico Faggin de Fairchild Semiconductor. Comme il le décrit, il a rejoint la société cette semaine-là, et l'une de ses premières tâches a été de rencontrer Shima et d'expliquer qu'Intel n'avait pas les puces prêtes. "J'avais maintenant cette tâche où je suis essentiellement avec six mois de retard le lendemain de mon départ", a-t-il déclaré.

Comme Faggin l’a décrit dans son récit sur la naissance du microprocesseur: "J’ai travaillé avec acharnement 12 à 16 heures par jour. D’abord, j’ai résolu les problèmes d’architecture restants, puis jeté les bases du style de conception que j’utiliserais pour Enfin, j'ai commencé la conception logique et circuit, puis la disposition des quatre puces. Je devais développer une nouvelle méthodologie pour la conception à logique aléatoire avec la technologie à porte en silicium; cela n'avait jamais été fait auparavant."

Il travaillait en étroite collaboration avec Shima, qui débutait dans la conception MOS, mais qui avait travaillé sur les puces LSI. Ensemble, ils ont créé les puces qui allaient devenir la famille MCS-4. Le modèle 4001 était une puce de mémoire ROM de 2 048 bits conçue pour la programmation. Le 4002 était une puce de mémoire RAM de 320 bits conçue pour servir de cache pour les données. Le 4003 était un registre d'entrée-sortie de 10 bits destiné à alimenter les données dans le processeur principal et à supprimer le résultat. Enfin, le modèle 4004 était une unité logique de traitement central à 4 bits.

De l'avis général, il s'agissait d'un effort herculéen, Faggin et Shima développant des puces beaucoup plus rapidement que d'habitude. Les différentes puces faisaient toutes partie du processus à des moments différents et, à la fin du mois de décembre, les premières versions étaient prêtes. Comme d'habitude, ils ont nécessité quelques ajustements, mais en mars, Faggin a expédié le premier 4004 entièrement opérationnel à Shima, qui était alors rentré au Japon. Au final, le 4004 était une puce de silicium unique mesurant un huitième sur un sixième de pouce avec 2 250 éléments de circuit individuels.

Dans le compte-rendu de Faggin, "Il a fallu un peu moins d'un an pour passer de l'idée à un produit pleinement opérationnel." Selon Shima, "d'après l'idée générale de Busicom, le développement a duré environ deux ans et trois mois. Et en avril 1971, la calculatrice de bureau a finalement fonctionné publiquement. J'étais tellement excitée!"

Intel obtient des droits

Dans le contrat initial relatif à la puce, Busicom détenait les droits exclusifs sur le 4004. Mais au printemps 1971, le marché des calculatrices était en déclin et Busicom voulait renégocier le contrat. Bien que certaines préoccupations au sein d'Intel concernant la taille du marché et le fait qu'Intel soit alors une société de mémoire, et non une société de traitement, Faggin, Hoff et Mazor ont fait pression sur d'autres personnes au sein de la société pour qu'elles récupèrent le droit de vendre la puce. à d'autres clients.

Comme se souvient Hoff, "un des arguments que j'ai eu des spécialistes du marketing était à peu près au moment où je disais:" Vous devriez avoir le droit de le vendre ", a déclaré:" Regardez, ils ne vendent qu'environ 20 000 mini-ordinateurs chaque année. Et nous sommes en retard sur le marché, et vous auriez de la chance d'en obtenir 10%, soit 2 000 jetons par an. Et ils ont dit: "Cela ne vaut tout simplement pas les maux de tête de support et tout pour un marché de seulement 2 000 puces."

Finalement, Noyce a signé l’accord et Intel a été légalement en mesure de vendre la puce à d’autres sociétés, à l’exception des concurrents de Busicom.

Mais le 4004 ne devait jamais trouver un public nombreux auprès d'autres clients, en partie à cause de ses limitations: il ne s'agissait que d'un processeur à quatre bits avec une mémoire limitée. Alors que Intel annonçait officiellement cette puce dans le numéro du 15 novembre 1971 d’ Electronic News, intitulé «Une nouvelle ère pour l’électronique intégrée», son exemplaire était proclamé «un ordinateur microprogrammable sur une puce». Mais le secteur et Intel eux-mêmes étaient sur le point de passer à des processeurs plus récents et de meilleure qualité.

Le 8008 - Passage à l'informatique 8 bits

Peu de temps après que Busicom ait demandé à Intel de fabriquer des puces pour sa calculatrice, Computer Terminals Corporation (CTC), plus tard appelée Datapoint, a demandé à Intel de proposer des puces pour un nouveau terminal d'ordinateur: un écran et un clavier conçus pour se connecter à un ordinateur distant.. Encore une fois, Hoff et Mazor ont proposé un microprocesseur pour gérer la logique.

Il y avait plusieurs grandes différences entre le 4004 et le 8008, même s'ils semblaient ne pas être très éloignés l'un de l'autre. Pour commencer, le 8008 était un microprocesseur de 8 bits, ce qui le rendait assez gros pour travailler sur 8 bits de données, ce qui suffisait pour un «octet» ou un caractère à la fois. De plus, contrairement au 4004, qui nécessitait ses propres puces de mémoire spéciales, le 1201 a été conçu pour utiliser une mémoire standard.

Le projet a débuté en décembre 1969 avec une réunion avec Andrew Grove au cours de laquelle Datapoint a demandé des puces pour un ordinateur 8 bits. Selon Mazor, il a fait trois propositions à Datapoint: deux variantes d'une "pile de registres" à 8 bits et "un processeur entier à 8 bits sur une puce". À ce stade, Mazor et Hoff travaillaient déjà sur le projet Busicom qui inclurait le 4004.

À peu près au même moment, Datapoint aurait apparemment demandé à Texas Instruments une conception similaire. Dans certains récits, Datapoint a transporté le schéma de Hoff et Mazor à Dallas où l’idée a commencé à se transformer en un programme de développement dans le laboratoire de semi-conducteurs de TI.

Mazor dit qu'il pense qu'il est très probable que TI ait initialement proposé un ensemble de puces multiples et que Datapoint a ensuite présenté la proposition d'Intel à TI. TI a donc essayé de construire une puce répondant à ces spécifications. Mais Mazor a déclaré que la puce TI n'aurait pas pu fonctionner car ses spécifications présentaient un "défaut".

Intel a engagé Hal Feeney en mars 1970 pour travailler sur la conception spécifique de la puce, alors connue sous le nom de 1201, tout comme Faggin avait travaillé sur le 4004; et en effet, chacun a contribué à l'autre projet. Les travaux sur le 1201 se poursuivirent jusqu'au milieu des années 1970, mais Intel s'inquiétait de savoir si Datapoint utiliserait réellement la puce. Le travail a donc été interrompu, tandis que Mazor et d'autres ont davantage travaillé sur le 4004.

Texas Instruments avait une conception de puce en mars 1971, qui aurait dû attendre quelques mois avant que le 4004 ne fonctionne, et a annoncé sa puce en juillet 1971, plusieurs mois avant l’annonce de la 4004. Mais cette puce n'a apparemment jamais été expédiée.

L’annonce de TI a toutefois incité Intel, et en particulier Grove, à redoubler d’efforts en ce qui concerne la 1201. En fin de compte, Datapoint n’a utilisé ni les puces Intel ni les puces TI. Au moment où Intel avait terminé la conception, le Datapoint 2200 avait été introduit avec des puces TTL conventionnelles.

Même si Datapoint n'était pas intéressé, Intel commençait à susciter l'intérêt d'autres sociétés, telles que Seiko, qui souhaitait créer une calculatrice scientifique 8 bits.

Autour de ce point, Intel a commencé à réfléchir plus sérieusement à la désignation. Le schéma de nommage original d'Intel était basé sur les différents types d'éléments créés, de sorte que chaque puce de la famille aurait eu des numéros différents. Faggin dit qu'il a proposé le nom de la famille 4000 parce qu'il était plus cohérent. Ainsi, après l’introduction du 4004, le service marketing a changé le 1201 au 8008 pour refléter le fait qu’il s’agissait d’une puce 8 bits. C’est ainsi que s'appelait le 8008 lorsqu’il a été introduit en avril 1972. Le 8008 a conduit au grand effort d’Intel sur le marketing par microprocesseur et conduit à la création du groupe des systèmes de micro-ordinateurs et à la création de cartes et systèmes de développement. Ceci, à son tour, a certainement contribué à la création d’un certain nombre de périphériques 8 bits, y compris certaines des machines qui étaient au début des micro-ordinateurs.

Qui mérite le crédit?

Au fil des ans, il y a eu beaucoup de débats sur le 4004, sa place de premier microprocesseur et le crédit que chacun des participants méritait.

L’histoire des circuits intégrés est celle d’une intégration de plus en plus poussée, de sorte que l’idée que vous pourriez éventuellement intégrer toutes les fonctionnalités souhaitées dans un "CPU sur une puce" était certainement dans les airs à la fin des années 1960.

Intel n'était pas le seul à avoir reconnu le besoin d'un processeur polyvalent, car trop de clients souhaitaient que les processeurs conçoivent une puce personnalisée pour chacun d'eux. Plus tard, Hoff et Noyce écriraient "Si cela continuait… le nombre de circuits nécessaires augmenterait au-delà du nombre de concepteurs de circuits. En même temps, l'utilisation relative de chaque circuit chuterait…. Un coût de conception accru et une utilisation réduite empêcheraient les fabricants amortir les coûts sur un grand nombre d'utilisateurs et couperait les avantages de la courbe d'apprentissage."

"Les gens parlaient d'un ordinateur sur une puce depuis des années", a déclaré le cofondateur d'Intel, Gordon Moore, "mais cela a toujours existé à l'avenir. Ce que Ted a vu, c'est qu'avec la complexité avec laquelle nous travaillions déjà, pourrait en fait faire un circuit intégré comme ça maintenant. C'était la véritable percée conceptuelle."

Et même Ted Hoff a parfois minimisé l'importance du concept. "L’invention du microprocesseur n’était pas aussi importante que de simplement comprendre qu’il existait un marché pour une telle chose."

Mais il y avait d'autres prétendants au titre de premier microprocesseur. En fait, Texas Instruments a annoncé en avril 1971 la création d’un "processeur sur puce", initialement conçu comme une puce contractuelle pour Computer Terminal Corporation (devenu par la suite Datapoint). Cela n'a apparemment jamais fonctionné et, en fait, Intel travaillait sur une puce pour CTC avec les mêmes spécifications; Il s’agit du 1201 et sera renommé 8008. Peut-être plus important encore, à la fin de 1971, Gary Boone, ingénieur chez Texas Instruments, produisit le premier prototype d’un circuit intégré comprenant un circuit entrée-sortie, une mémoire et un processeur tout-en-un, par opposition à la MCS-4 à quatre puces. Connu sous le nom de TMS1000, il était initialement utilisé dans une calculatrice TI et est devenu disponible dans le commerce en 1974. Boone a obtenu un brevet pour son processeur en 1973, puis plus tard, Boone et Cochran ont reçu un brevet pour un ordinateur sur puce.

Le conseil en brevets d'Intel était sceptique face aux revendications volumineuses et s'opposait à la volonté de Hoff de faire breveter le travail en tant qu '"ordinateur", car cela serait tellement compliqué et parce que d'autres avaient l'idée de mettre un ordinateur sur une puce. Selon Hoff, "il a dit qu'ils n'en valaient pas la peine et qu'il avait essentiellement refusé à l'époque de rédiger un brevet". Au lieu de cela, ils ont déposé des brevets plus spécifiques et plus limités. Intel a reçu deux brevets: Hoff, Mazor et Faggin en ont reçu un sur "le système de mémoire pour un ordinateur numérique multipuce", couvrant l'organisation du bus externe et le schéma d'adressage mémoire du jeu de puces Intel MCS-4, tandis que Faggin en a reçu un pour un circuit qui pourrait réinitialiser le processeur lors de la mise sous tension.

Des années plus tard, l’inventeur Gilbert Hyatt obtiendrait un brevet sur le microprocesseur, qu’il avait déposé en 1970, fondé sur une invention qu’il aurait fabriquée en 1968 auprès de sa société Microcomputer Inc. Mais cela ne semble pas avoir été fabriqué. Pendant ce temps, Fairchild, IBM, Signetics, Four-Phase et RCA travaillaient également sur des dispositifs de type microprocesseur. Pourtant, le 4004 est presque universellement considéré comme le premier microprocesseur.

Parmi l'équipe d'Intel, il y avait aussi des controverses sur la division du crédit. La plupart des observateurs reconnaissent les quatre hommes directement impliqués dans la création du jeu de puces, mais ce n'est pas toujours le cas.

Faggin devait quitter Intel à la fin de 1974, quelques mois seulement après l’introduction de la 8080, pour lancer Zilog, emmenant avec lui Shima et d’autres ingénieurs d’Intel, et selon ce que dit Faggin, Andy Grove d’Intel en colère. Malone cite Faggin, disant: "Je me souviens de lui qui m'avait dit:" Tu ne réussiras jamais, peu importe ce que tu vas faire. Tu n'auras rien à dire à tes enfants et petits-enfants. " Ce mot impliquait implicitement que je n'aurais aucun héritage dans les semi-conducteurs. Je ne recevrais jamais de crédit pour ce que j'ai fait chez Intel. C'était comme s'il me jetait un sort."

Que ce soit dramatique ou non, il semble qu'Intel ait attribué l'essentiel du crédit à Hoff, et cela a continué dans de nombreuses histoires. Par exemple, TR Reid dans The Chip (2001, Random House Trade Paperbacks) et The New Alchemists de Dirk Hansen (1983, The Book Service Ltd) n’accordent presque aucun crédit à Hoff, à l’instar du biographe de Grove, Richard Tedlow. En effet, Malone affirme que désormais, Intel a donné tout le crédit du microprocesseur à Hoff et aucun à Faggin jusqu'en 2009 avec la création de The Real Revolutionaries (2012, Diamond Docs, iLine Entertainment), un documentaire sur la fondation de Silicon Valley..

Mais il y a d'autres histoires qui soulignent le rôle de Faggin (et celles de Shima et Mazor, qui sont encore plus souvent négligées), en revenant aux interviews que Hoff avait données dans les années 1980. En 1993, une publication d'Intel célébrant le 25e anniversaire de l'entreprise a crédité Hoff pour la solution et lui a donné une image presque complète, mais Faggin a été récompensé pour avoir transformé "la vision de Hoff en réalité silicium". En 1996, alors que nous célébrions le 25e anniversaire du microprocesseur lors d'un événement organisé par Comdex, Intel m'a aidé à contacter les quatre créateurs, qui ont reçu le prix PC Magazine Lifetime Achievement.

En effet, il semble important de créditer les quatre hommes - Hoff pour sa vision et ses concepts de base, Mazor pour la programmation et le travail sur les schémas fonctionnels, Shima pour la création de la conception logique et Faggin pour la création de la conception en silicium impressionnante des puces. Ensemble, ils ont créé le premier microprocesseur à usage général. Ce faisant, ils ont jeté les bases non seulement de ce qui allait devenir le secteur des ordinateurs personnels, mais également d'un nombre incalculable d'autres appareils électroniques. Des milliards de microprocesseurs sont vendus chaque année - tous beaucoup plus complexes que le 4004 d'origine - et sans eux, notre monde électronique moderne serait impossible.