Инновации, изменившие мир

Логотип компании
Инновации, изменившие мир
Давайте совершим небольшой экскурс в историю компании, которая несколько лет назад отпраздновала свой полувековой юбилей, а в конце 2021 года — 50 лет процессора Intel 4004, первого в мире коммерчески доступного однокристального микропроцессора.

Для большинства компьютерных энтузиастов и многих специалистов бренд Intel ассоциируется в первую очередь с ее процессорами. Однако есть у этой компании еще и многочисленные технологии и изделия. Часть из этих разработок и некоторые особенности их появления незаслуженно остались в тени, хотя их появление оказало и продолжает оказывать огромное влияние на развитие сектора IT во всем мире. Давайте совершим небольшой экскурс в историю компании, которая несколько лет назад отпраздновала свой полувековой юбилей, а в конце 2021 года — 50 лет процессора Intel 4004, первого в мире коммерчески доступного однокристального микропроцессора.

Первоначальная цель создателей компании Intel была разрабатывать и выпускать чипы для практичной и доступной полупроводниковой памяти. По их замыслу она должна была не только потеснить, но и постепенно заменить доминирующую тогда оперативную память на ферритовых элементах, представленных ферритовыми кольцами, сердечниками, пленками и т. п. Это им удалось благодаря разработке ряда перспективных элементов.

К слову сказать, в производстве памяти на ферритовых кольцах была очень большая доля ручного, в основном женского труда. При этом чем больший информационный объем, тем больше ручного труда. Это негативно сказывалось на себестоимости модулей оперативной памяти и ограничивало рост их объемов.

Итак, первой разработкой и продуктом компании Intel стал чип SRAM (Static Random Access Memory — статическая память с произвольным доступом). Данный продукт, созданный по технологии биполярных элементов Шоттки, получил наименование Intel 3101. Его емкость составляла 64 бит, что в то время считалось довольно значительной величиной. Но компания не собиралась останавливаться на достигнутом, и благодаря освоению новейших полупроводниковых идей вскоре был разработан и выпущен чип SRAM, созданный по технологии MOS (МОП). Это изделие, получившее наименование Intel 1101, обладало уже информационной емкостью 256 бит, что существенно расширило возможности систем хранения информации.

Здесь необходимо напомнить, что в памяти статического типа запоминающий элемент представляет собой триггер. Это позволяет считывать информацию без ее потери, но каждый триггер содержит несколько транзисторов, которых конструкторам всегда недостаточно и которые всегда приходится экономить в процессе реализации сложных электронных схем на полупроводниковых кристаллах.

Для экономии транзисторного массива инженеры Intel предложили новый вариант памяти — динамическая память. В ней элементом хранения является емкость, что требует частого восстановления записанной информации в процессе ее хранения и использования. Это усложняет применение модулей динамического типа, но позволяет хранить больший объем информации при том же числе транзисторов на кристалле.

Первой разработкой этого типа стала Intel 1103 — первая в мире микросхема памяти DRAM (Dynamic Random Access Memory — динамическая память с произвольным доступом, разработка Intel). На основе микросхем Intel 1103 (емкость 1024 бит) компания выпустила и соответствующие платы памяти. В качестве примера можно привести Intel IN-10 Memory Board (1972 г.). Основой этой платы послужили 64 микросхемы Intel 1103, совокупная емкость которых 64 кбайт — для того времени весьма высокое значение оперативной памяти, реализованной в сравнительно компактных размерах одной платы.

Инновации, изменившие мир. Рис. 1

Конечно, накопленный опыт и прогресс в технологиях способствовали разработке и выпуску еще более емких микросхем статической и динамической памяти, а также изделий на их основе. Это позволило наконец-то окончательно поставить крест на доминирующем положении ферритовой памяти, постепенно вытеснив ее из архитектуры не только электронно-вычислительных машин (ЭВМ), но и практически всех электронных устройств. А динамическая память «прочно прописалась» на десятилетия в составе всех компьютеров, начиная от потребительских мобильных устройств и заканчивая мощными рабочими станциями, серверами и суперкомпьютерными системами.

Продолжая тему памяти, необходимо отметить, что в процессе многочисленных экспериментов специалисты компании Intel открыли ряд интересных эффектов (не первых и далеко не последних). Результатом стали разработка и выпуск соответствующих элементов энергонезависимой памяти.

Первыми в этом списке стали чипы EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory — стираемая программируемая память только для чтения, разработка Intel в 1971 году, соответствующий патент был получен компанией в 1972-м). В EPROM запись информации выполняется электрическим способом с помощью специальных программаторов. Стирание же информации осуществляется через встроенное в чип кварцевое окошко облучением полупроводникового кристалла внешним источником ультрафиолетового света необходимой мощности. Чуть позже удалось создать чипы EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory — электрически стираемая программируемая память только для чтения), для которых ультрафиолет уже не требовался.

В течение последующих десяилетий компания Intel, разрабатывая полупроводниковые технологии и чипы, неизменно уделяла и продолжает уделять повышенное внимание сектору энергонезависимой памяти. В качестве примера следует упомянуть флеш-память NAND, 3D NAND, а также весьма перспективную 3D Xpoint. При этом если в ячейках NAND и 3D NAND используются емкости, обеспечивающие хранение информации в течение многих месяцев и даже нескольких лет в обесточенном состоянии, то работа 3D Xpoint основана на других принципах. Такая технология практически не ограничивает время хранения данных. Что касается скоростных параметров и ресурсов записи, они существенно выше, чем у NAND и 3D NAND. Это позволило Intel разработать и выпустить ряд интересных изделий под маркой Intel Optane. Это, например, Intel Optane Memory — ускорители работы жестких дисков и SSD, а также накопители Intel Optane SSD для настольных систем, мощных рабочих станций и серверов. Дополнительно на основе 3D Xpoint компания предлагает модули Intel Optane DC Persistent Memory, выполненные в стандартном формате DIMM и предназначенные для замены традиционных модулей динамической памяти в архитектуре мощных серверов с процессорами Intel Xeon Scalable 2+. Новые модули дешевле традиционных, и хотя уступают им по скорости работы, но обладают высокой емкостью и низкими задержками, допускают побайтную адресацию, что невозможно у NAND и 3D NAND, и сохраняют информацию при выключении энергопитания.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что компания Intel не ограничивается выпуском лишь отдельных чипов. Она предлагает рынку самую разнообразную продукцию, включая серверное оборудование и другие современные изделия IT.

Инновации, изменившие мир. Рис. 2

Инновации, изменившие мир. Рис. 3

Однако, как все хорошо знают, мировая известность и успех пришел к компании в 1971 году после выполнения заказа японской фирмы Busicom. В результате работы вместо 12 специализированных микросхем по предложению инженера Тэда Хоффа был создан один универсальный чип — микропроцессор (процессор), получивший наименование Intel 4004. Его основные характеристики: количество транзисторов — 2300, размеры кристалла 3×4 мм, техпроцесс — 10 мкм (10 micron P-channel silicon gate MOS technology), разрядность — 4 бит. Мог адресовать 640 байт RAM и 4 кбайт ROM. Выпускался в 16-контактном корпусе типа DIP, размеры кристалла 3×4 мм. Процессор мог выполнять до 92 500 инструкций в секунду при тактовой частоте генератора 740 кГц (время выполнения команд 10,8 и 21,6 мкс). Поставлялся обычно в наборе из четырех чипов, в который, кроме процессора Intel 4004, входили следующие компоненты: Intel 4001 — ПЗУ (ROM), Intel 4002 — ОЗУ (RAM), Intel 4003 — расширитель ввода/вывода.

Инновации, изменившие мир. Рис. 4

Остается добавить, что процессор Intel 4004 был выпущен в нескольких модификациях, различающихся внешним дизайном и некоторыми деталями внутренней микроархитектуры. Благодаря своей универсальности и возможности программирования они стали основой большого количества самых разных устройств.

После Intel 4004 последовали Intel 8008 (1972 г.) и, наконец, Intel 8080 (1974 г.), ставший основой первого, по сути, персонального компьютера, разработанного Генри Робертсом и названного Altair 8800. Этот компьютер получил удачную системную шину (позже она стала стандартом де-факто в виде шины S-100), открытость архитектуры, низкую стоимость и очень высокий уровень популярности. За весьма короткое время энтузиастами-радиолюбителями были созданы платы расширения для данного устройства. Эти платы превратили его в полноценный компьютер с разнообразной периферией. В дополнение был также написан соответствующий софт, среди которого интерпретатор языка Бейсик, разработанный Биллом Гейтсом, основавшим вместе с Полом Алленом компанию Microsoft.

Инновации, изменившие мир. Рис. 5

Энди Гроув, Роберт Нойс, Гордон Мур, 1979 г. (Источник: Википедия)

После Intel 8080 последовали еще более совершенные, но и более сложные по внутренней микроархитектуре и производству модели процессоров. Среди них Intel 8085 (1976 г.), 8086 (1978 г.) и особенно процессор Intel 8088 (1979 г.). Он стал «сердцем» персонального компьютера, разработанного специалистами компании IBM и получившего наименование IBM PC (модель IBM 5150). Этот компьютер, выпущенный в 1981 году, стал образцом для подражания для многих фирм, а его открытая архитектура стала фактически отраслевым стандартом.

А примерно через год появились совместимые с IBM PC компьютеры на процессоре Intel 8086. Выпущенные вскоре миллионными тиражами, данные устройства открыли путь к всемирной компьютеризации.

Среди последующих процессоров широкую известность получили Intel 80286 (1982 г.), 80386DX (1985 г.), 80386SX (1988 г.), 80386SL (1990 г.), 80486DX (1989 г.), 80486SX (1991 г.), 80486DX2 и 80486SL (1992 г.), 80486DX4 (1994 г.), Intel Pentium и их все более совершенные потомки. В их архитектуре нашли реализацию многочисленные процессорные технологии, среди которых архитектура и набор команд x86, включая многочисленные расширения; встроенная кэш-память нескольких уровней; суперскалярность с выполнением более одной операции за один такт; суперконвейерность с реализацией нескольких вычислительных конвейеров; суперскалярная гиперконвейерная микроархитектура с длинным конвейером и кэшем последовательных микроопераций; Hyper-Threading с поддержкой многопоточности; многоядерность и многое другое. Кстати, именно Intel вопреки многочисленным критикам стала инициатором внедрения беспроводной технологии Wi-Fi в архитектуру мобильных и настольных компьютеров.

С начала 1990-х компания Intel является крупнейшим производителем процессоров для персональных компьютеров и серверов. Она внесла большой вклад в развитие компьютерной техники и полупроводниковых технологий, которые развиваются в соответствии с законом Мура. Согласно этому эмпирическому закону, регулярно происходит переход на новую технологию с уменьшением масштаба литографии. Это позволяет с той же периодичностью удваивать плотность полупроводниковых элементов на кристаллах микросхем. Первые версии утверждали, что удвоение числа элементов на полупроводниковых чипах будет происходить каждый год, в дальнейшем срок удлинился до 18 месяцев, а потом — до двух лет. И этот показатель послужил ориентиром для всех производителей полупроводниковых элементов на долгое время. Он сохраняется для отрасли уже в течение десятков лет.

В настоящее время компания предлагает рынку самую разнообразную продукцию IT. Среди изделий Intel есть компоненты для серверов, рабочих станций, встраиваемых систем и, конечно, компактных настольных компьютеров (NUC), ноутбуков и ультрамобильных устройств.

В портфолио продуктов компании сегодня имеются решения для сетей связи нового поколения, искусственного интеллекта и автономных автомобилей. Но Intel продолжает традиционно работу и над инновациями для персональных компьютеров. Ждем новых технологий и изделий.

Опубликовано 24.02.2022

Похожие статьи