اینتل 4004 – پنجاهمین سالگرد ریزپردازنده ها. نگاهی به تراشه افسانه ای اینتل 4004 بیندازید

اینتل یک شرکت چندملیتی آمریکایی است که در سانتا کلارا، کالیفرنیا مستقر است و از نظر درآمد بزرگترین تولید کننده تراشه در جهان است. در رتبه بندی Fortune 500 برای سال 2021، اینتل به عنوان چهلمین شرکت بزرگ ایالات متحده از نظر کل درآمد رتبه بندی شده است و نسبت به سال گذشته پنج پله جهش داشته است. اما تاریخچه فضای ریزپردازنده اینتل از کجا شروع شد و چگونه در این صنعت موفق شد؟

اولین ریزپردازنده تجاری تک تراشه

در سال 1969، شرکت ژاپنی Busicom اینتل را برای تولید تراشه برای ماشین حساب های خود انتخاب کرد. اینتل موفق شده است تراشه MSC-4 را در این راستا طراحی کند که از چهار مدار مجتمع (IC) تشکیل شده است و می تواند پیچیدگی طراحی داخلی ماشین حساب ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. سپس اینتل محصول توسعه یافته جدید خود را در قالب اولین ریزپردازنده تجاری تک تراشه ای به نام Intel 4004 به دنیا معرفی کرد. ریزپردازنده مورد بحث قابلیت پشتیبانی از سه تراشه 4001 و 4002 و همچنین 4003 را دارد که از تراشه 4002 به عنوان رم 40 بایتی استفاده می شود.

فدریکو فاگین به همراه تد هاف از طراحان ارشد اینتل بودند که با شرکت ژاپنی Masatoshi Shima برای طراحی تراشه برای ماشین حساب Busicom همکاری کردند. هاف موفق شد در سال 1969 به معماری مورد نیاز دست یابد، اما در نهایت هیچ نقشی در توسعه اولین ریزپردازنده اینتل نداشت. فاگین یکی از با تجربه ترین افراد تیم طراحی بود که موفق به طراحی سیستم منطق متغیر جدید شد. روش او ایجاد بسیاری از ریزپردازنده های تک تراشه ای را ممکن کرد و اثرات آن را می توان در محصولات اولیه اینتل و ریزپردازنده هشت بیتی Z80 Zilog مشاهده کرد. او Zilog را در سال 1974 تاسیس کرد و اولین شرکتی بود که به طور انحصاری بر روی ریزپردازنده ها تمرکز کرد. کمی بعد، شیما به او پیوست و به او در توسعه معماری Z80 کمک کرد.

ریزپردازنده 4004 اینتل برای اولین بار در اواسط سال 1971 به عنوان قلب تپنده ماشین حساب Busicom 141-PF وارد بازار شد. علاقه مندان می توانند با مراجعه به این صفحه کار با شبیه ساز ماشین حساب مذکور را تجربه کنند. پس از بررسی قرارداد بین اینتل و ژاپنی ها و پرداخت 60000 دلار به سازنده ماشین حساب، امکان فروش تراشه MCS-4 به شرکت های دیگر فراهم شد. اندکی بعد، اینتل با سفارش آگهی در اخبار الکترونیک در ۱۵ نوامبر ۱۹۷۱، محصول پیشرفته خود را به دیگران معرفی کرد.

تبلیغات تراشه 4004 اینتل نوید عصر جدیدی در الکترونیک را می داد که عبارت کامپیوتر قابل برنامه ریزی ریز روی تراشه قرار داشت. قبل از این محصول، پردازنده‌های مرکزی کامپیوتر معمولاً از چندین برد مدار مجتمع تشکیل می‌شدند که قطعات الکترونیکی جداگانه روی آن‌ها نصب می‌شدند. به لطف نوآوری اینتل، تمام مدارها در یک تراشه سیلیکونی که کوچکتر از یک ناخن بود، ادغام شدند. جهش عمده به سمت کوچک شدن قطعات با تراشه 4004 منجر به ظهور رایانه های کوچکتر شد که در دهه های بعد به رایانه های خانگی تبدیل شدند.

آیا اینتل 4004 اولین ریزپردازنده بود؟

در مورد اولین ریزپردازنده ساخته دست بشر بحث های زیادی وجود دارد. به همین دلیل، رسانه ها هنگام اشاره به اینتل 4004 از اصطلاحاتی مانند “تک تراشه” یا “تجاری” برای اشاره به اولی استفاده می کنند. در زمان معرفی تراشه توسط اینتل، ریزپردازنده هایی متشکل از چندین تراشه در جنگنده های F-14 تامکت نیروی دریایی ایالات متحده استفاده شد. سایر رقبا از جمله Texas Instruments (TI) نیز ریزپردازنده های تک تراشه خود را توسعه داده اند.

با این حال، تراشه 4004 توجه بسیاری را به خود جلب کرد. زیرا او بنیانگذار تجارت پردرآمد ریزپردازنده برای اینتل بود که سال ها دوام آورد و توانست آینده کامپیوترهای شخصی را شکل دهد.

Intel 4004 را با Core i9-12900K مقایسه کنید

تراشه 4004 اینتل از فرکانس کاری 740 کیلوهرتز استفاده می کند و دارای 2250 ترانزیستور با فرآیند ساخت 10 میکرومتر در داخل است. از آن زمان، ریزپردازنده ها دستخوش تغییرات گسترده و چشمگیری شده اند. برای اطلاع از این موضوع می توانید مشخصات Intel 4004 را با پردازنده به روز شده Core i9-12900K مقایسه کنید که در جدول زیر توضیح داده شده است.

از میان تمام ارقام جدول بالا، جهش خیره کننده تعداد ترانزیستورها از 2250 به 21.7 میلیارد غیرقابل تصور است. البته تعداد ترانزیستورهای به کار رفته در Core i9-12900K بر اساس میزان سطح و روند ساخت محاسبه می شود و ممکن است مقدار واقعی با آنچه اعلام شده اندکی متفاوت باشد. فرآیندهای ساخت پیشرفته تر، مانند 7 نانومتر، تراکم ترانزیستورها را به شدت در هر میلی متر مربع افزایش داده است و تعداد کل ترانزیستورها به طور نجومی افزایش یافته است.

همچنین نباید فراموش کنیم که تراشه های امروزی اینتل نه تنها شامل یک CPU، بلکه اجزای مختلف دیگری از جمله یک کنترلر حافظه پرسرعت و یک پردازنده گرافیکی (GPU) یکپارچه هستند.

برنامه های ریزپردازنده 4004 اینتل

به دلیل محدودیت‌های عملکرد و حضور اولیه رقبای قدرتمندتر مانند Intel 8008، ریزپردازنده 4004 ممکن است در بسیاری از محصولات ظاهر نشود. با این حال، برخی از دستگاه های تراشه ذکر شده در زیر به ترتیب زمانی فهرست شده اند.

• ماشین حساب رومیزی 141 PF توسط Busicom (1971)
• سیستم توسعه سیم 4 اینتل (1972)
• سیستم توسعه Intellec 4 (1973)
• Arcade Simulator Bally Alley (1974)
• نمونه اولیه Bally Flicker (1974)
• واژه پرداز Wang 1222 (1975)
• ماشین رای گیری کامپیوتری Compuvote (1976)

میراث اینتل 4004

تنها پنج ماه پس از معرفی ریزپردازنده 4004 در اخبار الکترونیک، اینتل تراشه 8008 را به عنوان اولین ریزپردازنده 8 بیتی معرفی کرد. این محصول امکان ساخت نسل جدیدی از دستگاه های کامپیوتری خانگی مانند Mark-8 را فراهم کرد که توسط علاقه مندان در خانه ساخته شد.

پس از تراشه 8008، اینتل محصولات دیگری مانند 8080 هشت بیتی و 8086 شانزده بیتی را معرفی کرد که هر کدام در رایانه های خانگی خاصی استفاده می شوند. رشد سریع ریزپردازنده ها باعث شد که اینتل 4004 به زودی کنار گذاشته شود، اما تاثیر آن تا به امروز باقی مانده است. در طول 50 سال گذشته، ریزپردازنده ها توانسته اند تقریباً بر همه جنبه های صنعت تأثیر بگذارند و اقتصاد جهانی را متحول کنند. شاید روزی بتوان اهمیت ایجاد ریزپردازنده ها را با تأثیر کشف آتش بر رشد تمدن بشری مقایسه کرد.

کاهش تکنولوژی باعث توقف نوآوری در ریزپردازنده ها نشده است. امروزه، شرکت‌ها دارای ویژگی‌ها و عملکردهای مختلفی هستند که زمانی توسط چندین تراشه در یک تراشه به نام «سیستم روی تراشه» (SOC) انجام می‌شد که یکی از معروف‌ترین نمونه‌های اخیر سری اپل M1 است.