Intel история: Intel: история успеха компании

Содержание

История компании Intel

Компания Intel является сегодня крупнейшим производителем полупроводников в мире. Она изменила наш мир не меньше, чем это сделали Apple и Microsoft в свое время (а если говорить точнее, то они ничего бы не сделали без Intel). Ведь Intel изобрела микропроцессор – сердце современных компьютеров. В начале XXI века процессоры Intel были установлены более чем на 80% компьютеров по всему миру. Сегодня Intel выпускает достаточно широкий спектр продукции, который не заканчивается на одних лишь процессорах. Так, компания производит материнские платы, флэш память, концентраторы и маршрутизаторы, концептуальные ноутбуки и многое другое.

Intel – это компания, которая практически с момента своего основания стала лидером на рынке. Как такое стало возможным? Пожалуй, все дело в том, что Intel всегда представляла собой сплав из умелого маркетинга и ярких инновационных разработок в области вычислительной техники. Сегодня мы поговорим об истории этой корпорации.

Ранний период

Основатели Intel Гордон Мур и Роберт Нойс были среди 8 учредителей Fairchild Semiconductor, основанной в 1957 году. Несмотря на это Нойс и Мур, создавшие интегральную схему, решили основать свою собственную компанию, которая появилась на свет в 1968 году. Так был основан  Intel. Уже в год основания к Нойсу и Муру присоединился венгерский беженец Энди Гроув. Гроув является знаковой фигурой для Intel. Он возглавил компанию в 1979 году, и именно с этого времени начался расцвет Intel, который продолжается и по сей день (Гроув ушел с поста CEO Intel в 90-е годы, но до сих пор является очень важной фигурой для компании, с которой ассоциируются все ее успехи).

Первым инвестором Intel выступил известный венчурный капиталист Кремниевой долины (у нас принято называть ее Силиконовой) Артур Крок. Он согласился вложить в дело Нойса и Мура 3 миллиона долларов, ознакомившись с их бизнес-планом, который был представлен всего лишь на одной странице! Невиданное дело? Возможно, но Крок верил в молодых инженеров, с которыми был знаком еще по Fairchild Semiconductor. Так, 18 июля 1968 года была зарегистрирована компания Intel (ее изначальным названием было N M Electronics, но основатели быстро поняли, что это не лучший вариант). Само слово является составным от  ‘integrated electronics’ (интегрированная электроника). Спустя три года компания будет представлена широкой общественности. За это время Нойс и Мур сумеют собрать еще 2 миллиона венчурных денег.

Вскоре после основания руководители Intel приняли важнейшее решение, которое определило дальнейшую судьбу компании. Они начинают заниматься выпуском оперативной памяти для компьютера (и других электронных схем памяти). В то время это был чрезвычайно ходовой товар, который позволял Intel генерировать солидную прибыль. Тем не менее, компания была известна лишь в узких кругах любителей техники. До мировой славы было еще очень далеко.

В 1971 году миру был представлен первый микропроцессор Intel под названием 4004. Это был полноценный 4-битный микропроцессор, содержащий в себе все необходимое для работы – регистры, булеву логику, сумматор. Разработан он был по заказу одной японской компании. Специально для ее калькуляторов. Согласно контракту права на производство процессора должны были перейти японцам. Именно в это время в Intel стали понимать, какие перспективы в будущем откроются перед микропроцессором. К счастью, Гордону Муру и Роберту Нойсу просто повезло. Японская компания испытывала серьезные финансовые проблемы, а потому решила пойти на новый контракт с Intel. По условиям данного соглашения американская компания обязалась поставлять в Японию свои микропроцессоры по цене в два раза меньшей, чем заявленная изначально. Но все права на разработку оставались за Intel.

Вскоре калькуляторы на базе процессоров Intel стали пользоваться достаточно неплохим спросом. В компании медленно, но верно начали понимать, что ее будущее лучше связывать вовсе не с производством памяти. Процессор – вот, что стало действительно волновать Intel.

Постепенно микропроцессоры компании стали появляться не только в светофорах и калькуляторах, но и в первых персональных компьютерах. Все это привело к тому, что уже скоро на свет появился процессор 8080, ставший на то время отраслевым стандартом. Он был установлен даже в таком популярном на то время компьютере, как Altair 8800. Это был только 1975 год. Спустя три года компанией будет представлен первый 16-битный процессор 8086.

В это время на рынке микропроцессоров начинает зарождаться конкуренция. Компания Motorola начинает в какой-то мере теснить Intel. Кроме того, на рынок процессоров постепенно выходят и другие компании, такие как AMD, Sun, DEC и HP. Наиболее интересной в этом списке, конечно, является компания AMD, которая до сих пор является главным конкурентом Intel. Интересно, что на первых порах она занималась простым клонированием разработок Intel. Только в 90-е годы AMD, наконец, приступила к разработке своих собственных процессоров (впрочем, это мало ей помогло, так как компания сегодня испытывает серьезные проблемы).

В течение 1970-х годов Intel представила еще одну революционную технологию – ПЗУ. В те годы это была настоящая новинка, революция, если хотите. Правда, здесь надо отметить, что если бы не было микропроцессора, то не было бы и потребности в постоянном запоминающем устройстве. Так что разработки Intel были связаны между собой.

Intel росла очень быстро. В 1968 году у компании было всего 12 сотрудников, а уже к 1980 году их насчитывалось целых 15 тысяч! Естественно, такой рост требовал и достаточно тщательного менеджмента. И Нойс с Муром это отлично понимали. Они были как раз теми людьми, которые терпеть не могли бюрократизм. Им его хватило еще в Fairchild Semiconductor. На первых порах основатели устраивали еженедельные обеды с сотрудниками, затем при росте компании руководство Intel всегда оставалось открытым для своих сотрудников. Каждый сотрудник в какой-то мере принимал решения по тому или иному вопросу. Если вы являетесь постоянным читателем нашего журнала, то уже сейчас можете заметить явное сходство Intel в этом плане с другими компаниями Кремниевой долины, такими как Hewlett-Packard, Google, и другими. Действительно, все инновационные компании были открытыми. И это стоит отметить. В 1983 году доход Intel составил 1 миллиард долларов. По этому случаю был организован настоящий праздник.

Годом ранее компания IBM выкупила 12%-ую долю Intel за 150 миллионов долларов. Во-первых, это была серьезнейшая инвестиция в компанию. А во-вторых, у Intel появилась связь с крупнейшей компьютерной компанией того времени. Это была большая удача. В конечном счете, IBM увеличит свою долю в акционерном капитале Intel до 20%, прежде чем продать акции компании в 1987 году.

Начиная с 80-х годов, Intel закрывает различные второстепенные разработки, чтобы полностью сосредоточится на производстве микропроцессоров. Далее наступят золотые времена 286-х, затем 386-х, и, в конце концов, 486-х компьютеров, снабженных процессорами Intel. Но даже после всех этих успехов Intel по-прежнему будет оставаться компанией, не известной широкому кругу людей. Да, о ней будут говорить в кругах ИТ-специалистов, но вот простые люди ничего не будут знать об Intel. Да и нужно ли им это знание. Ведь кому может быть интересно, что за процессор расположен в их компьютере?

Intel начинает строить бренд

Как так получилось, что компания, о которой никто не знал в самом начале 90-х годов, смогла стать одним из самых известнейших брендов в начале XXI века? По некоторым рейтингам Intel входит в первую десятку известнейших брендов. Все дело в том, что начиная с 90-х годов Intel начала кампанию по инбрендингу, ставшую, пожалуй, самой успешной в мире. На нее были истрачены сотни миллионов долларов (а теперь, наверное, уже миллиарды). Суть инбрендинга заключалась в том, что в рекламе обычных персональных компьютеров постоянно упоминали тот факт, что они работают на процессоре Intel (естественно, реклама этих компьютеров оплачивалась в том числе и Intel).

Кроме того, Intel очень активно использовала телевизионную рекламу, вбивая в массовое сознание, что нужно обязательно убедиться в том, что компьютер работает на процессоре Intel. Так и получилось, что в конце 90-х годов многие люди в России требовали компьютер Pentium (самый известный процессорный бренд Intel).

Кампания Intel Inside идет до сих пор. Просто откройте какой-нибудь компьютерный журнал, и вы сможете увидеть в нем множество различной рекламы. Посмотрев практически на любую рекламу ноутбука или стационарного ПК, вы увидите и информацию об Intel. Можете не сомневаться.

В конце 90-х годов прошлого века Intel столкнулась с самой серьезной конкуренцией за всю свою историю. Компания AMD выпускала отличные процессоры, которые к тому же стоили существенно меньше, чем Intel’овские. К сожалению, AMD не смогла долго удерживаться на плаву. Последние годы у компании наблюдаются серьезные проблемы, и сегодня она уже не является таким уж явным конкурентом Intel. Тем более, что последняя одержала серьезную победу еще на одном фронте. Долгое время компьютеры Macintosh снабжались процессорами Motorola, а затем и IBM. Но с 2006 года все Mac’и теперь работают под управлением процессоров Intel. А это серьезный рынок. Впрочем, одними компьютерами Intel на сегодняшний день не ограничивается. Процессоры компании ставят в мобильные телефоны, КПК, приставки и прочие устройства.

Сегодня Intel является одной из крупнейших компаний в компьютерной отрасли. Без нее просто не могут обходиться. Большая часть компьютеров снабжена процессорами Intel. Почти все инновации в этой области исходит именно от компании Intel. Популярный MacBook Air от Apple появился на свет только потому, что Intel смогла подготовить процессор под его миниатюрный формат. И это только один из примеров.

Что еще можно сказать об Intel? Пожалуй, здесь лучше всего прозвучали бы слова ее давнего руководителя Энди Гроува: «Я олицетворяю способность Intel спокойно относиться к успеху и постоянно быть готовым к опасностям». Такова эта компания.

Интересные факты:

В 1997 году журнал Time назвал Энди Гроува человеком года;

В 2008 году доходы Intel составили 37,6 миллиарда долларов. Они упали под действием экономического кризиса;

В компании работает более 80 тысяч сотрудников;

У компании есть свой музей, в котором можно почерпнуть всю самую важную информацию по истории компании;

Звоните или оставляйте заявку прямо на сайте! Наши специалисты с удовольствием помогут Вам!

50 лет компании Intel: История технологического совершенства

История огромного количества компаний больших и не очень, на самом деле, более, чем скучна. Конечно, все компании гордятся своими достижениями, которые, так или иначе, сводятся к цифрам, выражаемых в количестве филиалов, выручке, клиентах, и т.д. Но компаний, раз и навсегда изменивших наш мир, к тому же, к лучшему, не так уж и много и одной из таких 18 июля 2018 года исполнилось 50 лет — компании Intel, и я предлагаю взглянуть на ее историю, вспомнить продукты, которые изменили наш мир, посмотреть архивные фото. К счастью, Intel всегда стремилась и стремится опередить время, заглядывать немного дальше, задавать темп развития технологий и поддерживать перспективные проекты.

Знакомство

Компьютер сейчас стал обыденностью и мало кто задумывается над тем, как он функционирует, но скажем честно, за приятной «оберткой», которую получает потребитель, кроется труд огромного количества инженеров, и компанию Intel основали именно инженеры Роберт Нойс и Гордон Мур 18 июля 1968 года, а первым наемным рабочим стал Эндрю Гроув, который проявил себя не только хорошим инженером, но и опытным управленцем.

Роберт Нойс, Эндрю Гроув и Гордон Мур 

Однако стоит заметить, что звучное и хорошо знакомое название компания могла бы и не получить, изначально основатели рассматривали более прозаичное название NM Electronics, но Гордон Мур предложил Integrated Electronics, которое и было решено сократить до хорошо знакомого нам Intel.

Во время основания компании жизнь в кремниевой долине «кипела», в неё приходили начинающие перспективные ученые, а количество технологических стартапов росло в геометрической прогрессии, хотя, стоит признать, что некоторые приходили с целью легко и неплохо подзаработать копируя разработки других компаний. Основатели же Intel были уже инженерами с большим именем, амбиции которых ранее сдерживало руководство Fairchild Semiconductor — компании, в которой они работали.

Первый успех

Первый продукт компании отнюдь не процессор, и для многих это станет открытием, первое что начала разрабатывать Intelполупроводниковую память, основной недостаток которой на то время скрывался в очень высокой стоимости. Вспоминая первые годы компании Роберт Нойс сказал: «Нам было необходимо сделать лишь одно — уменьшить стоимость в сто раз и тем самым завоевать рынок. Именно этим мы и занимались.» И правда, цель не из простых, но в апреле 1969 года компания представила свой первый чип Intel 3101.Но если микросхема памяти Intel 3101 была создана по уже освоенной технологии, то следующий продукт был принципиально новым, не имевшим аналогов ранее. Микросхема памяти SDRAM Intel 1101 стала первым массовым метал-оксидным полупроводником (МОП) и первым чипом, использующим кремниевый затвор.В 1970 году была представлена первая микросхема DRAM Intel 1103. Именно эти три микросхемы обеспечили компании стабильный доход в первые годы существования.
Продажи только росли и уже в этом году в компании работало более 100 сотрудников.

Калькулятор который много значил

В эти же годы молодая, но очень перспективная компания Intel, которая только набирала обороты, получила заказ от японского производителя Busicom на разработку микросхем для калькуляторов, по инициативе заказчика должны были быть разработаны 12 микросхем. Один из инженеров IntelТед Хофф, изучив документацию, предложил совсем иной подход — универсальную микросхему.Микросхема была представлена 15 ноября 1971 года и получила название Intel 4004, но все права на нее принадлежали компании Busicom, которая успела даже запустить производство калькулятора Busicom 141-PF на основе этой микросхемы.В то время понятия микропроцессор еще не было, но Intel 4004 можно назвать первым 4-х битным микропроцессором, естественно, компания уже понимала перспективу и универсальность такого решения и было принято решение выкупить права на 4004 за совсем не маленькие на то время деньги — 60000$. На фото вы можете наблюдать тот самый 4004-ый, но даже он, такой маленький, вмещал в себе 2300 транзисторов и был выполнен по 10000 нм техпроцессу, к примеру, сейчас Intel выпускают процессоры, изготовленные по 14 нм техпроцессу.

Семимильными шагами

По-факту, сейчас производительность процессоров от поколения к поколению растет не на много, в среднем от 5 до 25%, но на заре развития микропроцессоров вычислительная мощность от модели к модели могла отличатся в разы, а внедрение новых стандартов, архитектурных особенностей занимало куда меньше времени. Так 1 апреля 1972 года был представлен 8-ми битный микропроцессор Intel 8008, включающий в себя уже 3500 транзисторов, но выполненный все по тому же техпроцессу. История создания 8008-го очень схожа с 4004-ым, но в этот раз компания Computer Terminal Corporation заказала ряд логических узкоспециализированных микросхем для терминалов, и объединить ряд микросхем в одной снова предложил Тед Хофф.

Следующий процессор, не много-не мало, а принес 10-ти кратный прирост производительности, по сравнению с Intel 8008. Это был Intel 8080, представленный в апреле 1974-го года на кристалле 4758 транзисторов, а техпроцесс уже составил 6000 нм. Этот процессор расходился достаточно большими партиями, ведь он входил в состав очень популярного микрокомпьютера Altair 8800, для которого стал доступен интерпретатор языка программирования BASIC. К слову, успех Intel 8080 был таков, что его неоднократно копировали конкуренты, как по лицензии, так и без нее. Копия создавалась даже в СССР — КР580ВМ80А.Следующим важным шагом был анонс Intel 8086 в 1978 году — первого 16-битного микропроцессора компании Intel, но главной особенностью стало то, что в нем реализована архитектура набора команд X86, используемая по сей день. В этом году процессору исполнилось 40 лет и Intel в честь этого события анонсировала на выставке Intel Core i7-8086K — первый процессор, который «из коробки» берет частоту 5 ГГц.Но, несмотря на всю амбициозность микропроцессора Intel 8086, большой популярности он не возимел, причина была довольно проста — для обеспечения его работоспособности требовался ряд микросхем, которые стоили значительно дороже, чем для 8-ми битных микропроцессоров Intel. Понимая, что Intel 8086 не пойдет в массы, компанией оперативно принимается решение разработать на его основе 16-ти битный процессор, но с 8-ми битной шиной данных, что обеспечило бы полную совместимость со старым рядом микросхем. Так и появился Intel 8088, который использовался в первом, действительно, массовом компьютере IBM PC. Дальше история процессоров немного поворачивается, на фото вы можете наблюдать классическую печатную плату и огромное количество на ней вспомогательных микросхем, обеспечивающих работоспособность процессора. Уже в те годы компания Intel задумывалась над миниатюризацией и унификацией, и было решено все больше вспомогательных элементов интегрировать в кристалл процессора.
Именно так и появился в 1982 году процессор Intel 80186, включающий в себя компоненты, которые были ранее реализованы 10 различными микросхемами. Следующим важным шагом, не считая промежуточные, стал процессор Intel 80486, представленный в 1989 году. Содержащий рекордные, на то время 1,2 миллиона транзисторов,  это был первый процессор, оснащенный интегрированным модулем для операций с плавающей точкой. 

Компания неизбежно росла и уже в 1990 году количество сотрудников составило более 15000 тысяч, согласитесь впечатляет.

Это Intel, детка

Много ли вы знаете производителей процессоров для ПК? И да, вы, наверняка, сразу вспомните AMD или Intel, но много ли вы знаете производителей ШИМ-контроллеров, на этот вопрос, скорее всего, ответят только единицы. Примерно та же ситуация сложилась, в свое время, и с компанией Intel. Компания стремительно росла, отгружала процессоры большими партиями, но узнаваемость бренда была низкой, ведь потребитель получал готовый ПК и мало кто интересовался, на каких конкретно компонентах он собран.

В начале девяностых компания Intel запустила маркетинговую программу «Intel Inside«, которая сопровождалась наклейками «Intel Inside» на устройствах, оснащенных процессорами Intel и рекламой на ТВ. За короткий период времени компания стала одной из самых узнаваемых в мире, кроме того, программа Intel Inside продолжается по сей день, но с меньшим размахом. Ниже вы можете ознакомится с одним из первых рекламных видео с использованием слогана Intel Inside.

Эра Pentium

Так же в начале девяностых происходит еще одно событие, скорее, радостное для пользователя, ранее Intel использовала номерные наименования процессоров, как торговую марку, но по решению суда использование номера, как торговой марки, было запрещено. В то же время в Intel кипит работа над процессором, который изначально предполагали назвать 586-ым на новой архитектуре P5, включающей массу улучшений. Для новых моделей было решено использовать торговую марку Pentium, хорошо известную до сегодняшнего времени. Так в 1993 году был представлен первый процессор линейки Pentium — Intel Pentium P5, превосходящий в производительности предыдущее поколение примерно в пять раз.Компании Intel этот процессор тоже хорошо запомнился, так как профессор Линчбургского колледжа Томас Найсли в октябре 1994 года обнаружил, что процессор содержит аппаратную ошибку, приводящую к неправильному результату в сложных расчетах. Изначально компания соглашалась заменить дефектные процессоры только тем пользователям, кто мог доказать в этом необходимость: научным сотрудниками, математикам и т.д. Однако накал этой ситуации только рос и компании Intel пришлось обменять все процессоры Intel Pentium P5, что обошлось компании в $475 млн. Так же Энди Гроув принес публичные извинения за допущенную ошибку.

Следующие процессоры, представленные в 1995 году,Intel Pentium Pro P6 обрели популярность в рабочих станциях. Во-первых, — это первые процессоры, в которые была монтирована кеш-память L2, пусть и отдельным кристаллом, но и это значительно снизило задержки при обращении к ней, во-вторых, данные процессоры могли использоваться в четырех-сокетных конфигурациях.
В 1997 году Intel показала процессоры Pentium II в очень непривычном для нас форм-факторе — картриджа. В основе новых процессоров лежало слегка модифицированное ядро с архитектурой P6, ну а кеш L2 с легкостью помещался в картридже, но был распаян отдельной микросхемой. Достаточно важным шагом, я считаю, стало появление двух новых линеек процессоров: в 1998 году Xeon для рабочих станций и бюджетной линейки процессоров Celeron, имеющих общую архитектуру с Intel Pentium II.

Уже в 1999 году на рынок выходит Intel Pentium III — первый процессор, которому удалось преодолеть планку тактовой частоты ядра в 1 ГГц, так же нововведением стала поддержка SSE инструкций. Выпускались эти процессоры в форм-факторе картриджа PGA с открытым кристаллом и PGA с защищённым металлической крышкой кристаллом.Процессоры Pentium III достаточно быстро сменились Pentium 4, которые производились в различных модификациях с 2000 до 2007 года. Процессоры Intel Pentium 4 были основаны на новой архитектуре, некоторые модели были оснащены Hyper-Threading и способны на одном ядре исполнять два потока, что увеличивало производительность в оптимизированных приложениях, однако их было не так много, но точно было понятно, что будущее за многоядерными конфигурациями. Ну и еще одна особенность в линейке Pentium 4 — впервые появились модели Extreme Edition, что давало легко распознать топовую модель в линейке.История нахождения процессоров Pentium в топовом сегменте заканчивается процессорами Intel Pentium D, которые, пусть и были первыми двухъядерными для домашних систем, но имели достаточно много недостатков, так они отличались высоким тепловыделением и более низкими частотами, чем одноядерные модели, а в то время гораздо важнее была производительность на ядро. Но, даже с этими недостатками, процессоры отлично себя показывали в специализированных приложения, поддерживающих работу с двумя ядрами.

Начало 2000-х

Немного отвлечемся от темы процессоров, старт 2000-х начался с инициатив Intel, одна из которых направлена на то, чтобы привести комплектующие для  ПК к единому стандарту и максимизировать совместимость, а вторая была направлена на улучшение ключевых характеристик ноутбуков.

Так, еще в 1995 году компания Intel описала стандарт ATX, который регламентировал габариты основных компонентов и расположение их в корпусе, требования к их питанию и т.д. Данный стандарт стал наиболее популярным в 2001 году и сохраняет лидирующую позицию по сей день.В 2003 году Intel в стремлении сделать ноутбуки более компактными, производительными и автономными открывает платформу Centrino, которая регламентирует компоненты, устанавливаемые в ноутбук. Эта инициатива, пусть и ограничивала набор компонентов, но ноутбуки на платформе Centrino, действительно, превосходили прочие модели.

Здесь и сейчас

Смотря на историю процессоров Pentium, можно смело сказать, что это была гонка производительности на одно ядро, особенно активно заметна постоянно растущая частота ЦП, которая в последних моделях в плотную подобралась к 4 ГГц, но рынок менялся и становилось понятно, что бесконечно наращивать производительность одного ядра не получится, а подход с использованием двух кристаллов под одной крышкой, предложенный в процессорах Intel Pentium D, не самый эффективный. В январе 2006 году компания Intel представила новую архитектуру и бренд Core, используемый по сей день, пусть и немного измененный. В процессорах Intel Core была решена основная проблема Pentium D и на одном кристалле удалось реализовать два ядра, при этом значительно снизив энергопотребление.В 2006-ом году были представлены первые процессоры Intel Core 2, одной из особенностей которых стала поддержка 64-бит. Были доступны процессоры с разным количеством ядер Core 2 Solo, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Extreme (модели с повышенными тактовыми частотами).

В начале 2009-го года Intel решает кардинально поменять наименование линеек процессоров и перевести их к тому виду, который мы видим сейчас, за одним лишь исключением. Процессоры с наименованием Pentium и Celeron заняли бюджетный сегмент, а более производительные решения получили наименование Core i3, i5, i7. Первое поколение процессоров Intel Core i было построено по 45 нм, а после по 32 нм техпроцессу и получило множество важных улучшений по сравнению с Core 2.Детально описывать каждое последующее поколение описывать не будем, история развития линейки Core i легко доступна, скажем только то, что с каждым годом процессоры прибавляли в производительности и получали актуальные, для своего времени, обновления.

Но стоит обратить внимание, что в июле 2017 года компания Intel представила новый бренд Core i9 для самых высокопроизводительных процессоров, а первым процессором в линейке стал Core i9-7900X, который был у нас на тестировании. Сейчас же топовый процессор линейки — Intel Core i9-7980XE, он вмещает 18 ядер под крышкой на одном кристалле.А немного позже в октябре 2017 года компания Intel анонсировала процессоры 8-го поколения Intel Coffe Lake-S, которые так долго ждали фанаты бренда, ведь новинки получили +2 ядра относительно предыдущего поколения за те же деньги. Процессоры получились очень удачными, на столько, что на них наблюдался длительный дефицит.Тем временем количество сотрудников компании Intel составляет более 106000 человек, а прибыль 9,6 миллиарда долларов.

Вперед, в будущее!

В основной части материала мы познакомились с историей развития компании и основной линией развития десктопных процессоров. Не охвачено, на самом деле, достаточно много событий из жизни компании Intel, ведь эти 50 лет были гонкой за создание технологий, так облегчающих нам жизнь. Наверное, многие зададутся вопросом — «Что ждать дальше?». И здесь стоит упомянуть, что Intel — это не только процессоры, на самом деле, компания занимается разработкой и внедрением сетей пятого поколения, разработкой решений для «интернета вещей», искусственного интеллекта, платформы для беспилотных автомобилей. Компания всегда работает над различными форматами пк и предлагает компактные решения NUC, Compute Stik, Compute Card. В будущем, я уверен, от Intel мы увидим еще много революционных технологий, ведь компания никогда не стоит на месте.

Процессоры INTEL: история успеха | Игровые компьютеры EDELWEISS

Процессоры INTEL: история успеха


По всем приметам 1968 год предполагался проблемным: високосный, да еще и начался в понедельник. И он вполне оправдал тревожные ожидания: убийство президента США Кеннеди, студенческие волнения в Париже, «Пражская весна». Но были и другие новости – 18 июля произошло событие, которое открыло в истории человечества эпоху Intel.


Бизнес-план новой фирмы представлял собой всего три страницы. Но основателям компании Роберту Нойсу и Гордону Муру под несколько абзацев удалось получить кредит в 2,5 миллиона долларов. Финансист, к которому они обратились, знал молодых изобретателей по предыдущей работе в компании создателя транзисторов Уильяма Шокли.


Первым сотрудником, которого наняла команда единомышленников-технарей, был Эндрю Гроув – талантливый управленец и одновременно одаренный ученый. Этот человек сыграл главную роль в восхождении Intel к вершинам славы. Он возглавлял компанию целых 40 лет.


Сегодня стоимость корпорации Intel оценивается в 170 миллиардов долларов, а ежегодная чистая прибыль превышает 10 миллиардов. Это крупнейший в мире производитель процессоров для всех видов компьютеров, планшетов, мобильных телефонов и игровых приставок, а также полупроводниковых схем для различного промышленного и сетевого оборудования. По статистике компьютеры с процессором Intel составляют 75% всех мировых ПК.

Как все начиналось


Свою деятельность компания начала с производства оперативной памяти. Молодым изобретателям удалось в 10 раз снизить стоимость транзисторных микросхем этого типа. В результате компания быстро заняла первое место на рынке производства ОЗУ. На этом ходовом товаре удалось сколотить приличный капитал и продолжить научные изыскания.


В 1971 году заказ одной из японских фирм на разработку микросхем для калькуляторов дал толчок рождению первого в мире микропроцессора Intel 4004. Через четыре года был разработан процессор 8080, который быстро стал отраслевым стандартом, а еще через три года его сменил 16-битный Intel 8086. Набор команд х86, который в нем использовался, до сих пор применяется во всех процессорах.


В начале восьмидесятых у компании появилось несколько конкурентов: Motorola, Sun, DEC, HP, а также фирма AMD, которая занялась клонированием разработок Intel. Но инновации инженеров, в частности, создание ПЗУ, позволили детищу Нойса, Гордона и Гроува не только сохранить лидирующие позиции в отрасли, но и развиваться гигантскими темпами. В 1968 году в компании Intel было всего 12 сотрудников, а спустя десять лет их число достигло 15 тысяч.


Успех был надежно закреплен, когда компания IBM выкупила 20% акций, и каждый компьютер этой марки стал выходить с процессором Intel на борту. Началось триумфальное шествие 286-х, 386-х, а затем и 486-х компьютеров, снабженных наклейками Intel Inside. А линейки процессоров Celeron и Pentium до сих пор остаются самыми распространенными во всем мире.

Поколение за поколением


Основа любого процессора – специальный кристалл кремния. Большинство свойств микрочипа зависит от его архитектуры: расположения транзисторов, их размеров и расстояний между ними. Еще в 1965 году Гордон Мур сформулировал правило, которое назвали впоследствии «законом Мура». Один из основателей Intel утверждал: благодаря развитию технологий, количество транзисторов в интегральной схеме удваивается через 24 месяца. Как следствие из этого закона: каждые два года растет производительность процессоров, появляется новое поколение.


В истории Intel сменилось множество поколений процессоров, а в 2008 году, в связи с переходом на многоядерную архитектуру, их отсчет начался заново. Приведем краткие характеристики, отличия и новшества, которые появлялись в поколениях современных кремниевых сердец ПК.

  • 1-е поколение Nehalem 2008 год: 731 миллион транзисторов размером 45 нанометров, технология разделения данных одного ядра на два потока Hyper-Therading.
  • 2-е поколение Sandy Bridge 2011 год: 995 миллионов транзисторов по 32 нанометра, встроенный графический процессор.
  • 3-е поколение Ivy Bridge 2012 год: 1,4 миллиарда транзисторов по 22 нанометра, на 50% меньше затрат энергии, технология Quick Sync, которая позволяет кодировать видео в несколько раз быстрее.
  • 4-е поколение Haswell 2012 год: количество и размер транзисторов не изменились, но снова снижено энергопотребление, включена поддержка разъемов LGA 1150, BGA 1364, LGA 2011-3 и оперативной памяти DDR4.
  • 5-е поколение Broadwell 2014 год: 1,9 миллиарда транзисторов размером по 14 нанометров, незначительное повышение производительности.
  • 6-е поколение Skylake 2015 год: 1,35 миллиарда транзисторов по 14 нанометров, но размер кристалла значительно уменьшился, добавлена скоростная шина DMI 3.0, сокет LGA 1151.
  • 7-е поколение Kaby Lake 2017 год: количество и размер транзисторов прежние, добавлена поддержка шины PCI Express 3.0, а также USB 3.1, 4К видео и максимальная частота повысилась до 4,2 ГГц.
  • 8-е поколение Coffe Lake 2017 год: все те же 14 нанометров, но количество ядер увеличилось с 2-4 до 4-6.


В рамках всех перечисленных поколений выпускались несколько линеек моделей под общей маркой Core i3, i5, i7. Недавно к ним добавилась новая линейка, и теперь речь идет также о ПК на базе Intel i9.

Процессоры для геймеров


Каждому настоящему геймеру известно, что компьютеры с процессором Intel – лучшие ПК для игры. Высокая надежность и производительность, а также идеальное сочетание с игровыми видеокартами 30 серии GeForce оставляют позади любых конкурентов.


Компания EDELWEISS предлагает широкий выбор моделей игровых компьютеров на базе процессоров Intel новейшего поколения. Пропуском в мир компьютерных игр станут бюджетные ПК с процессорами Core i3-9100 или i3-10100. Это отличный выбор для работы и баталий в Counter-Strike, Dota 2 и подобных по уровню графики проектах. Встроенный DirectX 12 API, поддержка OpenCL 2.0 и Full HD, частота 3,9 ГГЦ в команде с видеокартами GTX 1650-1660 обеспечивают достойное качество картинки и геймплей без лагов.


ПК с процессором Core i5-10400, i510600 и видеокартой RTX 2060-3070 – уже игровой премиум-класс. Это полноценные 4 ядра с технологией Turbo Boost 2.0, которая, если нужно, автоматически разгоняет «камень». В такой комплектации вам доступны Ultra HD 4K и плавный игровой процесс в довольно «прожорливых» GTA 5, League of Legends и World of Tanks.


Для тех, кому по душе ресурсоемкие «Ведьмак», Battlefild 1 и Destiny 2 на максимальных настройках, EDELWEISS собрал мега крутые компьютеры на базе i7-10700. По результатам многочисленных тестов и отзывам геймеров сегодня безоговорочный лидер в этом сегменте – процессор i7-10700K в сочетании с видеоадаптером RTX 3080.


Но ведь мы покупаем ПК на перспективу, а аппетиты разработчиков игр постоянно растут. Каждый новый хит сезона все требовательнее к параметрам «железа». Мы стоим на пороге массового перехода игровых движков на многоядерные технологии. Поэтому, если ресурсы позволяют, советуем обратить внимание на игровые компьютеры на базе Intel i9.


В этой новой линейке EDELWEISS предлагает сборки на основе Core i9-10900X, i9-10980X. Что такой выбор дает геймеру? Новинки предоставляют:

  • 10, 14 и 16 ядер на 20, 28 и 32 потока соответственно;
  • поддержку четырехканального режима памяти;
  • авторазгон 2-х ядер при помощи Turbo Boost 3.0 до 4,5 ГГц;
  • кэш памяти третьего уровня от 13,75 МГб.


Это возможность не только комфортно играть на самых высоких настройках, но и прямая трансляция прохождения игры, а также виртуальная реальность в режиме 4К.

Заглянем в ближайшее будущее


Линейка Core i9 будет расширяться. Вскоре ее пополнят новые интересные модели и, следовательно, в каталоге EDELWEISS появятся игровые компьютеры на базе Intel i9 с более эффективными параметрами.


Intel продолжает покорять новые высоты. Основные направления развития – увеличение числа ядер, повышение частоты и снижение энергопотребления. В ближайших планах микропроцессорного гиганта из Калифорнии – технология 10 нанометров. Нас ожидает 11-е поколение декстопных систем под условным названием Ice Lake и новая ступень компьютерного прогресса.

50 лет компании Intel: История технологического совершенства | Найди девайс

История огромного количества компаний больших и не очень, на самом деле, более, чем скучна. Конечно, все компании гордятся своими достижениями, которые, так или иначе, сводятся к цифрам, выражаемых в количестве филиалов, выручке, клиентах, и т.д. Но компаний, раз и навсегда изменивших наш мир, к тому же, к лучшему, не так уж и много и одной из таких 18 июля 2018 года исполнилось 50 лет — компании Intel, и я предлагаю взглянуть на ее историю, вспомнить продукты, которые изменили наш мир, посмотреть архивные фото. К счастью, Intel всегда стремилась и стремится опередить время, заглядывать немного дальше, задавать темп развития технологий и поддерживать перспективные проекты.

Знакомство

Компьютер сейчас стал обыденностью и мало кто задумывается над тем, как он функционирует, но скажем честно, за приятной «оберткой», которую получает потребитель, кроется труд огромного количества инженеров, и компанию Intel основали именно инженеры Роберт Нойс и Гордон Мур 18 июля 1968 года, а первым наемным рабочим стал Эндрю Гроув, который проявил себя не только хорошим инженером, но и опытным управленцем.

Роберт Нойс, Эндрю Гроув и Гордон Мур 

Роберт Нойс, Эндрю Гроув и Гордон Мур 

Однако стоит заметить, что звучное и хорошо знакомое название компания могла бы и не получить, изначально основатели рассматривали более прозаичное название NM Electronics, но Гордон Мур предложил Integrated Electronics, которое и было решено сократить до хорошо знакомого нам Intel.

Во время основания компании жизнь в кремниевой долине «кипела», в неё приходили начинающие перспективные ученые, а количество технологических стартапов росло в геометрической прогрессии, хотя, стоит признать, что некоторые приходили с целью легко и неплохо подзаработать копируя разработки других компаний. Основатели же Intel были уже инженерами с большим именем, амбиции которых ранее сдерживало руководство Fairchild Semiconductor — компании, в которой они работали.

Первый успех

Первый продукт компании отнюдь не процессор, и для многих это станет открытием, первое что начала разрабатывать Intelполупроводниковую память, основной недостаток которой на то время скрывался в очень высокой стоимости. Вспоминая первые годы компании Роберт Нойс сказал: «Нам было необходимо сделать лишь одно — уменьшить стоимость в сто раз и тем самым завоевать рынок. Именно этим мы и занимались.» И правда, цель не из простых, но в апреле 1969 года компания представила свой первый чип Intel 3101.

Но если микросхема памяти Intel 3101 была создана по уже освоенной технологии, то следующий продукт был принципиально новым, не имевшим аналогов ранее. Микросхема памяти SDRAM Intel 1101 стала первым массовым метал-оксидным полупроводником (МОП) и первым чипом, использующим кремниевый затвор.

В 1970 году была представлена первая микросхема DRAM Intel 1103. Именно эти три микросхемы обеспечили компании стабильный доход в первые годы существования.

Продажи только росли и уже в этом году в компании работало более 100 сотрудников.

Калькулятор который много значил

В эти же годы молодая, но очень перспективная компания Intel, которая только набирала обороты, получила заказ от японского производителя Busicom на разработку микросхем для калькуляторов, по инициативе заказчика должны были быть разработаны 12 микросхем. Один из инженеров IntelТед Хофф, изучив документацию, предложил совсем иной подход — универсальную микросхему.

Микросхема была представлена 15 ноября 1971 года и получила название Intel 4004, но все права на нее принадлежали компании Busicom, которая успела даже запустить производство калькулятора Busicom 141-PF на основе этой микросхемы.

В то время понятия микропроцессор еще не было, но Intel 4004 можно назвать первым 4-х битным микропроцессором, естественно, компания уже понимала перспективу и универсальность такого решения и было принято решение выкупить права на 4004 за совсем не маленькие на то время деньги — 60000$. На фото вы можете наблюдать тот самый 4004-ый, но даже он, такой маленький, вмещал в себе 2300 транзисторов и был выполнен по 10000 нм техпроцессу, к примеру, сейчас Intel выпускают процессоры, изготовленные по 14 нм техпроцессу.

Семимильными шагами

По-факту, сейчас производительность процессоров от поколения к поколению растет не на много, в среднем от 5 до 25%, но на заре развития микропроцессоров вычислительная мощность от модели к модели могла отличатся в разы, а внедрение новых стандартов, архитектурных особенностей занимало куда меньше времени. Так 1 апреля 1972 года был представлен 8-ми битный микропроцессор Intel 8008, включающий в себя уже 3500 транзисторов, но выполненный все по тому же техпроцессу. История создания 8008-го очень схожа с 4004-ым, но в этот раз компания Computer Terminal Corporation заказала ряд логических узкоспециализированных микросхем для терминалов, и объединить ряд микросхем в одной снова предложил Тед Хофф.

Следующий процессор, не много-не мало, а принес 10-ти кратный прирост производительности, по сравнению с Intel 8008. Это был Intel 8080, представленный в апреле 1974-го года на кристалле 4758 транзисторов, а техпроцесс уже составил 6000 нм. Этот процессор расходился достаточно большими партиями, ведь он входил в состав очень популярного микрокомпьютера Altair 8800, для которого стал доступен интерпретатор языка программирования BASIC. К слову, успех Intel 8080 был таков, что его неоднократно копировали конкуренты, как по лицензии, так и без нее. Копия создавалась даже в СССР — КР580ВМ80А.

Следующим важным шагом был анонс Intel 8086 в 1978 году — первого 16-битного микропроцессора компании Intel, но главной особенностью стало то, что в нем реализована архитектура набора команд X86, используемая по сей день. В этом году процессору исполнилось 40 лет и Intel в честь этого события анонсировала на выставке Intel Core i7-8086K — первый процессор, который «из коробки» берет частоту 5 ГГц.

Но, несмотря на всю амбициозность микропроцессора Intel 8086, большой популярности он не возимел, причина была довольно проста — для обеспечения его работоспособности требовался ряд микросхем, которые стоили значительно дороже, чем для 8-ми битных микропроцессоров Intel. Понимая, что Intel 8086 не пойдет в массы, компанией оперативно принимается решение разработать на его основе 16-ти битный процессор, но с 8-ми битной шиной данных, что обеспечило бы полную совместимость со старым рядом микросхем. Так и появился Intel 8088, который использовался в первом, действительно, массовом компьютере IBM PC

Дальше история процессоров немного поворачивается, на фото вы можете наблюдать классическую печатную плату и огромное количество на ней вспомогательных микросхем, обеспечивающих работоспособность процессора. Уже в те годы компания Intel задумывалась над миниатюризацией и унификацией, и было решено все больше вспомогательных элементов интегрировать в кристалл процессора.

Именно так и появился в 1982 году процессор Intel 80186, включающий в себя компоненты, которые были ранее реализованы 10 различными микросхемами. 

Следующим важным шагом, не считая промежуточные, стал процессор Intel 80486, представленный в 1989 году. Содержащий рекордные, на то время 1,2 миллиона транзисторов,  это был первый процессор, оснащенный интегрированным модулем для операций с плавающей точкой. 

Компания неизбежно росла и уже в 1990 году количество сотрудников составило более 15000 тысяч, согласитесь впечатляет.

Это Intel, детка

Много ли вы знаете производителей процессоров для ПК? И да, вы, наверняка, сразу вспомните AMD или Intel, но много ли вы знаете производителей ШИМ-контроллеров, на этот вопрос, скорее всего, ответят только единицы. Примерно та же ситуация сложилась, в свое время, и с компанией Intel. Компания стремительно росла, отгружала процессоры большими партиями, но узнаваемость бренда была низкой, ведь потребитель получал готовый ПК и мало кто интересовался, на каких конкретно компонентах он собран.

В начале девяностых компания Intel запустила маркетинговую программу «Intel Inside», которая сопровождалась наклейками «Intel Inside» на устройствах, оснащенных процессорами Intel и рекламой на ТВ. За короткий период времени компания стала одной из самых узнаваемых в мире, кроме того, программа Intel Inside продолжается по сей день, но с меньшим размахом. Ниже вы можете ознакомится с одним из первых рекламных видео с использованием слогана Intel Inside.

Эра Pentium

Так же в начале девяностых происходит еще одно событие, скорее, радостное для пользователя, ранее Intel использовала номерные наименования процессоров, как торговую марку, но по решению суда использование номера, как торговой марки, было запрещено. В то же время в Intel кипит работа над процессором, который изначально предполагали назвать 586-ым на новой архитектуре P5, включающей массу улучшений. Для новых моделей было решено использовать торговую марку Pentium, хорошо известную до сегодняшнего времени. Так в 1993 году был представлен первый процессор линейки Pentium — Intel Pentium P5, превосходящий в производительности предыдущее поколение примерно в пять раз.

Компании Intel этот процессор тоже хорошо запомнился, так как профессор Линчбургского колледжа Томас Найсли в октябре 1994 года обнаружил, что процессор содержит аппаратную ошибку, приводящую к неправильному результату в сложных расчетах. Изначально компания соглашалась заменить дефектные процессоры только тем пользователям, кто мог доказать в этом необходимость: научным сотрудниками, математикам и т.д. Однако накал этой ситуации только рос и компании Intel пришлось обменять все процессоры Intel Pentium P5, что обошлось компании в $475 млн. Так же Энди Гроув принес публичные извинения за допущенную ошибку.

Следующие процессоры, представленные в 1995 году,Intel Pentium Pro P6 обрели популярность в рабочих станциях. Во-первых, — это первые процессоры, в которые была монтирована кеш-память L2, пусть и отдельным кристаллом, но и это значительно снизило задержки при обращении к ней, во-вторых, данные процессоры могли использоваться в четырех-сокетных конфигурациях.

В 1997 году Intel показала процессоры Pentium II в очень непривычном для нас форм-факторе — картриджа. В основе новых процессоров лежало слегка модифицированное ядро с архитектурой P6, ну а кеш L2 с легкостью помещался в картридже, но был распаян отдельной микросхемой. 

Достаточно важным шагом, я считаю, стало появление двух новых линеек процессоров: в 1998 году Xeon для рабочих станций и бюджетной линейки процессоров Celeron, имеющих общую архитектуру с Intel Pentium II.

Уже в 1999 году на рынок выходит Intel Pentium III — первый процессор, которому удалось преодолеть планку тактовой частоты ядра в 1 ГГц, так же нововведением стала поддержка SSE инструкций. Выпускались эти процессоры в форм-факторе картриджа PGA с открытым кристаллом и PGA с защищённым металлической крышкой кристаллом.

Процессоры Pentium III достаточно быстро сменились Pentium 4, которые производились в различных модификациях с 2000 до 2007 года. Процессоры Intel Pentium 4 были основаны на новой архитектуре, некоторые модели были оснащены Hyper-Threading и способны на одном ядре исполнять два потока, что увеличивало производительность в оптимизированных приложениях, однако их было не так много, но точно было понятно, что будущее за многоядерными конфигурациями. Ну и еще одна особенность в линейке Pentium 4 — впервые появились модели Extreme Edition, что давало легко распознать топовую модель в линейке.

История нахождения процессоров Pentium в топовом сегменте заканчивается процессорами Intel Pentium D, которые, пусть и были первыми двухъядерными для домашних систем, но имели достаточно много недостатков, так они отличались высоким тепловыделением и более низкими частотами, чем одноядерные модели, а в то время гораздо важнее была производительность на ядро. Но, даже с этими недостатками, процессоры отлично себя показывали в специализированных приложения, поддерживающих работу с двумя ядрами.

Начало 2000-х

Немного отвлечемся от темы процессоров, старт 2000-х начался с инициатив Intel, одна из которых направлена на то, чтобы привести комплектующие для  ПК к единому стандарту и максимизировать совместимость, а вторая была направлена на улучшение ключевых характеристик ноутбуков.

Так, еще в 1995 году компания Intel описала стандарт ATX, который регламентировал габариты основных компонентов и расположение их в корпусе, требования к их питанию и т.д. Данный стандарт стал наиболее популярным в 2001 году и сохраняет лидирующую позицию по сей день.

В 2003 году Intel в стремлении сделать ноутбуки более компактными, производительными и автономными открывает платформу Centrino, которая регламентирует компоненты, устанавливаемые в ноутбук. Эта инициатива, пусть и ограничивала набор компонентов, но ноутбуки на платформе Centrino, действительно, превосходили прочие модели.

Здесь и сейчас

Смотря на историю процессоров Pentium, можно смело сказать, что это была гонка производительности на одно ядро, особенно активно заметна постоянно растущая частота ЦП, которая в последних моделях в плотную подобралась к 4 ГГц, но рынок менялся и становилось понятно, что бесконечно наращивать производительность одного ядра не получится, а подход с использованием двух кристаллов под одной крышкой, предложенный в процессорах Intel Pentium D, не самый эффективный. В январе 2006 году компания Intel представила новую архитектуру и бренд Core, используемый по сей день, пусть и немного измененный. В процессорах Intel Core была решена основная проблема Pentium D и на одном кристалле удалось реализовать два ядра, при этом значительно снизив энергопотребление.

В 2006-ом году были представлены первые процессоры Intel Core 2, одной из особенностей которых стала поддержка 64-бит. Были доступны процессоры с разным количеством ядер Core 2 Solo, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Extreme (модели с повышенными тактовыми частотами).

В начале 2009-го года Intel решает кардинально поменять наименование линеек процессоров и перевести их к тому виду, который мы видим сейчас, за одним лишь исключением. Процессоры с наименованием Pentium и Celeron заняли бюджетный сегмент, а более производительные решения получили наименование Core i3, i5, i7. Первое поколение процессоров Intel Core i было построено по 45 нм, а после по 32 нм техпроцессу и получило множество важных улучшений по сравнению с Core 2.

Детально описывать каждое последующее поколение описывать не будем, история развития линейки Core i легко доступна, скажем только то, что с каждым годом процессоры прибавляли в производительности и получали актуальные, для своего времени, обновления.

Но стоит обратить внимание, что в июле 2017 года компания Intel представила новый бренд Core i9 для самых высокопроизводительных процессоров, а первым процессором в линейке стал Core i9-7900X, который был у нас на тестировании. Сейчас же топовый процессор линейки — Intel Core i9-7980XE, он вмещает 18 ядер под крышкой на одном кристалле.

А немного позже в октябре 2017 года компания Intel анонсировала процессоры 8-го поколения Intel Coffe Lake-S, которые так долго ждали фанаты бренда, ведь новинки получили +2 ядра относительно предыдущего поколения за те же деньги. Процессоры получились очень удачными, на столько, что на них наблюдался длительный дефицит.

Тем временем количество сотрудников компании Intel составляет более 106000 человек, а прибыль 9,6 миллиарда долларов.

Вперед, в будущее!

В основной части материала мы познакомились с историей развития компании и основной линией развития десктопных процессоров. Не охвачено, на самом деле, достаточно много событий из жизни компании Intel, ведь эти 50 лет были гонкой за создание технологий, так облегчающих нам жизнь. Наверное, многие зададутся вопросом — «Что ждать дальше?». И здесь стоит упомянуть, что Intel — это не только процессоры, на самом деле, компания занимается разработкой и внедрением сетей пятого поколения, разработкой решений для «интернета вещей», искусственного интеллекта, платформы для беспилотных автомобилей. Компания всегда работает над различными форматами пк и предлагает компактные решения NUC, Compute Stik, Compute Card. В будущем, я уверен, от Intel мы увидим еще много революционных технологий, ведь компания никогда не стоит на месте.

Оригинал статьи: https://najdidevice.ru/50-let-kompanii-intel-istoriya-tekhnologicheskogo-sovershenstva/

история появления от идеи до воплощения

Большие компьютеры созданы людьми еще в середине XX века. Процессоры, как их основные элементы, были известны давно. Почему первый процессор Intel вошел в историю, чем он был примечателен?

Со времен Чарльза Беббиджа (XIX век) процессор или «вычислитель» представлял собой крупное механическое, а впоследствии (XX век) электронное устройство для обработки информации. То были действительно крупные электронные системы, состоящие из тысяч и тысяч отдельных радиоэлектронных элементов. Все элементы вместе собирались в большие шкафы (стойки), которые размещались в специальных огромных машинных залах.

Содержание:
1. Появилась компания Intel
2. Микросхемы для калькуляторов
3. Идея универсальной микросхемы
4. Права на микропроцессор Intel 4004
5. Основные характеристики, применение Intel 4004

Появилась компания Intel

Ученые и инженеры стремились к микроминиатюризации, к воплощению крупных электронных схем в одной единственной микросхеме. Однако для работы процессора было необходимо великое множество радиоэлементов. Это не позволяло реализовать идеи уменьшения размеров процессоров с помощью тогдашних технологий.

Время шло вперед, неуклонно приближая победу микроминиатюризации в электронике. Компания Intel сначала имела название NM Electronics. Она начала работу 18 июля 1968 года. Основали будущую корпорацию Гордон Мур и инженер Роберт Нойс. Ранее оба трудились в компании Fairchild.

Микропроцессор Intel 4004 (источник https://pttn.me/p/CollectionProcesseurs)

Через некоторое время в штат вошел новый сооснователь – инженер Эндрю Гроув. Название компании NM Electronics было изменено на Intel. Инженеры объединились для определенной цели – сделать память на базе полупроводников максимально практичной и доступной для рядовых пользователей.

На тот момент память такого типа была дороже более чем в сто раз памяти на магнитных носителях. Удешевление случилось позже за счет постепенного развития технологий микроминиатюризации. Вклад в развитие этих технологий внесли многие компании, и одной из самых заметных в то время была именно Intel.

К 1970 году молодая компания уже была вполне успешным поставщиком чипов памяти, первой начав продажу модулей свыше 1 килобайт. Модуль был весьма популярен, а штат компании имел уже более 100 специалистов.

На тот момент времени это был настоящий прорыв. Трудно представить сейчас масштабы такого достижения. Ведь в наше время подобные микросхемы уже имеют совсем другие объемы, исчисляемые гигабайтами и даже терабайтами.

Микросхемы для калькуляторов

На успехи Intel обратили внимание представители компании Busicom (Япония). Они приняли решение заказать разработку микросхем для популярного семейства программируемых калькуляторов.

Программируемые калькуляторы имели некоторое количество ячеек памяти для временного хранения чисел. Они снабжались процессором для выполнения программ по обработке хранимых чисел. То есть, программируемые калькуляторы были первым шагом к созданию будущих компьютеров, но то еще не были настоящие компьютеры.

В то время микросхемы создавались под конкретное устройство, что не позволяло их использовать в других разработках. Другими словами, компания Busicom ничем не рисковала, поскольку делала заказ только для своих калькуляторов. А другие конкуренты должны были самостоятельно делать или кому-либо заказывать подобные микросхемы.

Универсальная микросхема: от идеи до воплощения

Первоначально перед компанией Intel была поставлена задача по разработке не менее 12-и (двенадцати) микросхем с уникальной архитектурой и определенным функционалом. Видимо, японцам нужно было сделать не менее 12-ти различных моделей своих программируемых калькуляторов.

Однако Тэд Хофф (инженер Intel) предложил пойти по совершенно другому пути. Его идея была в том, чтобы разработать одну универсальную микросхему, работой которой управляет программа из полупроводниковой памяти. В такой микросхеме должны были использоваться четыре модуля: процессор 4004, контроллер ввода-вывода, ОЗУ – оперативное запоминающее устройство и ПЗУ – постоянное запоминающее устройство.

Фактически, Тэд предложил сделать одну единственную микросхему, а не 12 (двенадцать) разных микросхем. Эту единственную микросхему можно было программировать сколько угодно разными способами. И тем самым получать на ее базе не только 12 устройств, заказанных японцами, но и вообще любое количество разных микросхем для решения бесчисленного количества задач.

Разработка для японской компании стала, благодаря оригинальному решению компании Intel, универсальной разработкой для разных устройств, в которых можно и нужно использовать микросхемы для обработки информации.

В апреле 1970 года компания наняла в штат инженера Фредерико Фаггина. Он должен был спроектировать управляющий чип 4004 в соответствии с задумками Хоффа. Первые рабочие образцы были получены в январе 1971 года. Все этапы разработки были завершены в марте. Промышленное производство стартовало уже в июне 1971 года.

Так процессор 4004 стал, фактически, первым работающим универсальным «вычислителем», который стало возможным запрограммировать для решения самых различных задач. Технически, данный процессор был реализован в виде единственной микросхемы. Микросхема одна единственная, а ее функционал, ее действия отныне зависели от того, как эта микросхема будет запрограммирована.

Позже будут созданы гораздо более мощные процессоры, например, весьма популярный Intel 8080 и многие другие. А микропроцессор Intel 4004 стал самым первым среди последующих, весьма успешных разработок.

Права на микропроцессор Intel 4004

Изначально правами на новую микросхему обладала компания-заказчик Busicom. Фаггин понимал, что новая разработка найдет широкое применение благодаря своей универсальности и стремлению разработчиков к микроминиатюризации вычислительных машин.

В итоге он смог убедить руководство Intel приобрести права на новую микросхему. На тот момент у компании Busicom были значительные финансовые трудности, поэтому она согласилась продать права за 60 тысяч долларов. Так Intel стала владельцем своей уникальной разработки, опередившей время и возможных конкурентов.

Основные характеристики и применение Intel 4004

В ноябре 1971 года состоялся анонс процессора 4004, который использовался в микрокомпьютере MCS-4. Четырехразрядный чип состоял из 2300 транзисторов и функционировал на частоте всего 93 кГц (килогерц).

Современные процессоры – это уже ставшие привычными 64-х разрядные микросхемы с гигогерцовыми скоростями работы. Но те 4 разряда и около сотни килогерц были огромным успехом микрорадиоэлектроники. Ведь это была первая коммерческая микросхема, доступная всем.

Такая микросхема, сделанная на одном единственном полупроводниковом кристалле, размером 3х4 мм, по своим функциям полностью заменяла известные на тот момент большие ЭВМ. Электронно-вычислительные машины (ЭВМ) того времени размещались в огромных залах и снабжались промышленными системами охлаждения и кондиционирования. А тут, взамен всей этой дорогостоящей громадине, – одна малюсенькая микросхема в стандартном корпусе, как многие другие микросхемы того времени, и ценой всего около 200 долларов США.

Первоначально процессор 4004 разрабатывался как основной вычислительный элемент в калькуляторах. Позднее его широко начали использовать в других устройствах. Например, в медицине для анализа крови, для управления сетью светофоров и для многого другого.

Также существует красивая легенда о том, что Intel 4004 применялся в исследовательской ракете «Pioneer 10». Увы, это лишь легенда, нисколько не умаляющая истинное значение разработки и выпуска первого микропроцессора 4004.

Выводы

Никто тогда и подумать не мог, насколько важным оказался тот самый первый процессор 4004. Чуть позже процессоры стали главными компонентами многочисленных устройств и систем, включая офисную и бытовую технику.

Процессоры входят в состав персональных компьютеров, ноутбуков, планшетов, смартфонов и в другие устройства, что теперь привычно сопровождает нас в нашей современной жизни, насыщенной информацией.

Дополнительные материалы:

1. Краткая история появления персонального компьютера IBM PC

2. Оперативная память компьютера через призму Диспетчера задач Windows

3. Языки программирования: почему появились, яркие представители, как выбрать язык



Получайте актуальные статьи по компьютерной грамотности прямо на ваш почтовый ящик.
Уже более 3.000 подписчиков

.

Важно: необходимо подтвердить свою подписку! В своей почте откройте письмо для активации и кликните по указанной там ссылке. Если письма нет, проверьте папку Спам.

Автор: Надежда Широбокова


5 августа 2021




История бренда Intel | Brandpedia

Intel  — американская корпорация, производящая широкий спектр электронных устройств и компьютерных компонентов, включая полупроводники, микропроцессоры, наборы системной логики (чипсеты) и др.

Компанию основали Роберт Нойс и Гордон Мур в 1969 году после того, как ушли из компании Fairchild Semiconductor. К ним вскоре присоединился Энди Гроув. После долгих размышлений, основатели назвали компанию Intel, от слов «интегрированная электроника». Бизнес-план компании был распечатан на печатной машинке Робертом Нойсом и занимал всего одну страницу. Представив его финансисту, который ранее помог создать Fairchild, Intel получила стартовый кредит $2.5 миллиона.

Успех к компании пришёл в 1971, когда Intel начал сотрудничество с японской компанией Busicom. Intel получил заказ на двенадцать специализированных микросхем, но по предложению инженера Тэда Хоффа компания разработала один универсальный микропроцессор Intel 4004. Производительность этого процессора была сравнима с производительностью мощнейших компьютеров того времени. Следующим был разработан Intel 8008.

В 1990-е компания стала крупнейшим производителем домашних персональных компьютеров. Серии процессоров Pentium и Celeron до сих пор являются самыми распространёнными.

Intel внесла огромный вклад в развитие компьютерной техники. Достаточно сказать то, что спецификации на все порты, шины, системы команд написала Intel или компании, работающие совместно с ней. Например такой тип памяти, как DDR стал известен благодаря ей (скорее, вопреки :), хотя долгое время компания продвигала другой тип памяти — RAMBUS RAM (RDRAM).

В 2004 году в российском отделении Intel появилась кафедра микропроцессорных технологий МФТИ (зав. кафедрой член-корреспондент РАН Б. А. Бабаян). Кафедра готовит магистров в области разработки новых вычислительных средств и технологий.

25 апреля 1961 г.: выдан первый патент на интегральную схему; его получил Роберт Нойс (Robert Noyce), впоследствии ставший одним из основателей корпорации Intel. Первые транзисторы можно было использовать в радиоприемниках и телефонах, однако новым электронным устройствам требовалось нечто более компактное – интегральные схемы.

1965 г.: провозглашен закон Мура – Гордон Мур (Gordon Moore), также один из основателей корпорации Intel, в статье, опубликованной в журнале Electronics Magazine, предсказал, что в будущем число транзисторов на одной микросхеме будет удваиваться примерно каждый год (десять лет спустя прогноз был скорректирован на каждые два года).

Июль 1968 г.: Роберт Нойс и Гордон Мур уволились из компании Fairchild Semiconductor и основали новую корпорацию, получившую название Intel (сокращение от «integrated electronics» – микроэлектроника).

1969 г.: Intel создала первую успешную транзисторную технологию на базе кремниевого затвора – PMOS. В транзисторах по-прежнему использовался затвор с диэлектриком из традиционного диоксида кремния (SiO2), однако появились новые управляющие электроды из поликристаллического кремния.

1971 г.: Intel выпустила свой первый микропроцессор – 4004. Микропроцессор 4004 имел размеры 1/8 дюйма на 1/16 дюйма (3,18х1,59 мм), содержал лишь немногим больше 2000 транзисторов и выпускался по 10-микронной производственной PMOS-технологии Intel.

1978 г.: 16-разрядный процессор 8088, содержавший 29000 транзисторов, работал с тактовыми частотами 5, 8 или 10 МГц. Важнейшее торговое соглашение с новым подразделением корпорации IBM, разрабатывавшим персональный компьютер, позже (в 1981 г.) сделало микропроцессор Intel 8088 «мозгом» нового хита на рынке – IBM PC. Успех микропроцессора 8088 позволил Intel войти в престижный рейтинг Fortune 500, а журнал Fortune назвал Intel одним из «бизнес-триумфаторов семидесятых годов».

1982 г.: создан микропроцессор 286, известный также как 80286, – 16-разрядный процессор Intel, который был способен выполнять программы, написанные для его предшественника. 286-й процессор содержал 134000 транзисторов, его тактовые частоты составляли 6, 8, 10 и 12,5 МГц.

1985 г.: выпущен микропроцессор Intel386™, в котором содержалось 275000
транзисторов – это более чем в 100 раз превосходило число транзисторов в первом микропроцессоре 4004. Он представлял собой 32-разрядную микросхему и поддерживал многозадачность, т. е. был способен выполнять несколько программ одновременно.

1993 г.: выпущен процессор Intel® Pentium®, насчитывавший 3 миллиона транзисторов и изготовленный по 0,8-микронной производственной технологии Intel.

Февраль 1999г.: Intel выпустила в продажу процессор Pentium® III – кремниевый кристалл, содержавший более 9,5 миллионов транзисторов и изготовленный по
0,18-микронной производственной технологии Intel.

Январь 2002 г.: представлена новейшая версия процессора Intel® Pentium® 4 c тактовой частотой 2,2 ГГц, предназначенная для высокопроизводительных настольных ПК. Процессор выпускался по 0,13-микронной производственной технологии и содержал 55 миллионов транзисторов.

13 августа 2002 г.: Intel представила несколько технологических инноваций, вошедших в состав новой 90-нанометровой производственной технологии, среди которых были более производительные транзисторы с пониженным энергопотреблением, технология напряженного кремния, высокоскоростные медные межсоединения и новый диэлектрический материал low-k. Это был первый в отрасли пример применения технологии напряженного кремния при производстве процессоров.

12 марта 2003 г.: дата рождения революционной технологии Intel® Centrino® для мобильных ПК; в ее состав была включена новейшая версия процессора Intel для мобильных ПК – Intel® Pentium® M. Этот процессор, созданный на базе новой микроархитектуры, специально оптимизированной для мобильных ПК, выпускался по
0,13-микронной производственной технологии Intel и состоял из 77 миллионов транзисторов.

26 мая 2005 г.: дебютировал первый массовый двухъядерный процессор Intel – Intel® Pentium® D, содержавший 230 миллионов транзисторов и выпускавшийся по самой передовой на то время 90-нанометровой производственной технологии Intel.

18 июля 2006 г.: начался выпуск двухъядерного процессора Intel® Itanium® 2, имеющего по сей день самую сложную в мире структуру и содержащего более 1,72 миллиарда транзисторов. Этот процессор выпускается по 90-нанометровой производственной технологии Intel.

27 июля 2006 г.: дебют нового двухъядерного процессора Intel® Core™ 2 Duo – процессора, опередившего время. Этот процессор, содержащий более 290 миллионов транзисторов, создавался в нескольких передовых лабораториях мира на основе революционной микроархитектуры Intel® Core™ с использованием 65-нанометровой производственной технологии.

26 сентября 2006 г.: Intel анонсировала, что в разработке находятся более 15 видов продукции на основе новой 45-нанометровой производственной технологии, включая семейство с кодовым названием Penryn (эволюционный шаг в развитии микроархитетуры Intel Core), предназначенной для сегментов рынка настольных, мобильных и корпоративных систем.

8 января 2007 г.: расширяя доступность четырехъядерных процессоров на сегмент массовых ПК, Intel начала продажи своего процессора Intel® Core™ 2 Quad для настольных ПК, изготовленного по 65-нанометровой производственной технологии, а также выпустила еще два четырехъядерных серверных процессора семейства Intel Xeon. Процессор Intel Core 2 Quad содержит более 580 миллионов транзисторов.

27 января 2007 г.: Intel опубликовала данные о начале использования двух новых материалов для создания транзисторов (high-k и metal gate), которые будут применяться для изоляционных стенок и логических затворов в сотнях миллионов микроскопических 45-нанометровых транзисторов (или переключателей) в составе многоядерных процессоров нового поколения семейств Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad и Intel Xeon (кодовое наименование Penryn). На базе этих передовых 45-нанометровых транзисторов уже изготовлены первые работоспособные образцы пяти будущих процессоров.

Процессоры Intel — история развития от А до Я

     У меня на сайте есть рубрика, посвященная процессорам. Я расположил там обзоры и сравнения на некоторые процессоры, поговорил об их достоинствах и недостатках. Кому интересно, заходите в соответствующую рубрику.

     Когда писал обзоры на процессоры, мне очень стало интересно с чего все начиналось. В связи с этим я решил написать об истории развития процессоров компании Intel.

На заметку! В сегодняшней статье я не буду писать подробно о каждом процессоре, а лишь упомяну самое интересное.

1. Intel 4004

Это самый первый процессор компании Intel. Он был сделан 15 ноября 1971 года. Процессор имел тактовую частоту 108 кГц и был 4-х разрядным. Процессор Intel 4004 предназначался для простого калькулятора Busicom.

2. Intel 4040

Был сделан в 1972 году и от своего предшественника отличается только — битной разрядностью.

3. Intel 8008

Процессор был сделан 1 апреля 1972 года и имел 2300 транзисторов. Разрядность осталась та же, 8-битная, а вот частота увеличилась до 200 кГц. На основе этого процессора Дон Ланкастер создал первый прототип персонального компьютера. А пока процессор использовался в продвинутых калькуляторах.

4. Intel 8080

Усовершенствованная версия процессора Intel 8008 который был в 10 раз производительнее. Выпущен был в 1974 году.

5. Intel 8085

Это был самый последний «первобытный» процессор который был выпущен в 1976 году.

6. Intel 8086
Это первый процессор который имеет 16 — битный микропроцессор с частотой до 10 МГц. С этого процессора начали выпускать первые IBM PC. Всеми нам известная архитектура х86 берет свое начало от этого процессора.

7. Intel 8088

От предыдущего процессора отличается только шиной данных и разрядностью (она 8 — битная). Процессор был более производителен, но не нашел широкого применения. Был сделан в 1979 году.

8. Intel 80186

Процессор был сделан в 1982 году и он должен был стать усовершенствованной версией процессора Intel 8086. Но. к сожалению, процессор сильно «глючил»м и его очень быстро забыли.

9. Intel 80188
В этом процессоре производители решили избавиться от вышеупомянутых недостатков, но процессор все же был быстро забыт.

10. Intel 80286

Процессор был выпушен в 1982 году, был в 3,6 раза быстрее процессора Intel 8086. Хотя он как и последний работал на той же частоте и имел 16 — битный микропроцессор. Это первый процессор с архитектурой х86 и который был способен работать с памятью до 16 Мбайт.

11. Intel 386 DX

Процессор был сделан 1985 году. Он был первым процессором с архитектурой х86 у которого была 32 — битная архитектура. На этом процессоре может работать windows 95.

12. Intel 386 SX
Процессор появился в 1988 году. Шина данных была 16 — разрядной, а адресная шина 24 — разрядной.

13. Intel 486 DX

Я думаю, этот процессор знаком многим, т. к. многие знакомились с ПК именно на базе этого процессора. Он был сделан 1989 году и имел встроенный кэш 2 уровня и FPU.

14. Intel 386 SL
Процессор появился 1990 году, это мобильная версия 386 процессора. Тактовая частота составляла 25 МГц.

15. Intel 486 SX
Процессор 1991 года, версия Low-End процессора Intel 486 DX без FPU с кодовым именем P23.

16. Intel 486 SL
Процессор был представлен в 1992 году и имел расширенные возможности. К расширенным возможностям DRAM — контроллер, контроллер шины ISA и контроллер локальной шины.

17. Intel 486 DX2 (процессор 1992 года)
32-разрядный процессор под кодовым названием P24. Этот процессор имеет 1,25 млн. транзисторов.

18. Intel 486 SX2 (1992 год)
От своего предшественника отличается частотой 50 МГц и названием P23.

19. Intel Pentium (P5) (1993 год)

Это очень знаменитый процессор, о котором, я думаю, слышал каждый (его еще называли «пенек»). Он имеет двухконвеерную структуру и выпускался под Socket 4.

20. Intel Pentium (P54C) (1993 год)
Чтобы увеличить тактовую частоту, пришлось перейти на более тонкий технологический процесс (0,5 мкм).

21. Intel 486 DX4 (1994 год)
Это один из последних процессоров, у которого кэш 16 Кб 2 уровня и 1,6 мнл. транзисторов.

22. Intel Pentium Pro (1995 год)

Это процессор шестого поколения у которого кэш-память работала на частоте ядра процессора. Процессоры на тот момент были очень дорогими и в основном использовались в серверах.

23. Intel Pentium MMX (P55C) (1997 год)

24. Intel Pentium MMX (Tillamook) (1997 год)
Вариант процессора для ноутбуков. Из-за этого у процессора было пониженное напряжение ядра и мощность.

25. Intel Pentium II (Klamath) (1997 год)

Этот процессор вобрал в себя все самое лучшее от процессоров Intel Pentium Pro и Intel Pentium MMX.

26. Intel Pentium II (Deschutes) (1998 год)
От предыдущего процессора этот отличается более тонким технологическим процессором в 0,2 мкм и более высокой частотой.

27. Intel Pentium II (OverDrive) (1998 год)
Это так называемый апгрейд процессора Intel Pentium II Pro.

28. Intel Pentium II (Tonga) (1998 год)
Процессор был сделан на основе Deschutes и предназначался для ноутбуков.

29. Intel Celeron (Covington) (1998 год)
Это первый процессор линейки Celeron, который был сделан из ядра Deschutes. Чтобы процессор не был дорогим, производителю пришлось убрать кэш-память 2 уровня и защитный картридж. Благодаря такой модернизации процессор потерял свою производительность, но зато увеличил свой разгонный потенциал.

30. Intel Pentium II Xeon (1998 год)
Процессор также сделан из ядра Deschutes, серверный вариант.

31.Intel Celeron (Mendocino) (1998 год)
Это следующее развитие процессора семейства Celeron, у которого объем кэш-памяти равен 128 Кб и работает на частоте ядра.

32.Intel Celeron (Mendocino) (1999 год)

От предыдущего процессора отличается тем, что форм-факором Slot 1 был изменен на дешевый Socket 370. Тактовая частота равна 533 МГц.

33. Intel Pentium II PE (Dixon) (1999 год) Процессор предназначался для портативных компьютеров.

34. Intel Pentium III (Katmai) (1999 год)

Этот процессор пришел на замену Intel Pentium II. К нему добавлен блок SSE и расширенный набор команд MMX.

35. Intel Pentium III Xeon (Tanner) (1999 год)
Усовершенствованная версия процессора Intel Pentium III.

36. Intel Pentium III (Coppermine) (1999 год)
Этот процессор имел тактовую частоту процессора до 1,2 ГГц и 0,18 мкм. Данный процессор хотели усовершенствовать до частоты 1113 МГц, но с такой частотой процессор работал нестабильно.

37. Intel Celeron (Coppermine) (1999 год)
После неудавшейся модернизации предыдущего процессора получился данный вариант. У него новый набор инструкций SSE, а при работе на частоте 800МГц процессор начинает работать по 100 МГц шине.

38. Intel Pentium III Xeon (Cascades) (1999 год)
Процессор быстро был забыт, потому что при работе на частоте 900 МГц он начинал сильно перегреваться.

39. Intel Pentium 4 (2000 год)

Очередной прорыв компании Intel. Этот процессор имеет hyperpipelining из 20 ступеней. Тут уже частота была увеличена до 2 ГГц и 400 МГц шина имела пропускную способность в 3,2 Гб/с. Технология производства процессора 0,18 мкм.

40. Intel Xeon (Foster) (2000 год)

Как и вся линейка Xeon этот процессор был серверным.

41. Intel Pentium III-S (Tualatin) (2001 год)
Чтобы увеличить тактовую частоту, пришлось сделать процессор по 0,13 мкм технологии. А вот кэш 2 уровня вернули первоначальному объему 512 кб.

42. Intel Pentium III-M (Tualatin) (2001 год)
Мобильная версия процессора с тактовой частотой от 700 МГц до 1,26 ГГц.

43. Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 478) (2001 год)
Этот процессор был сделан для Socket 478, потому что компания Intel собиралась их поддерживать.

44. Intel Celeron (Tualatin) (2001 год)
Новый процессор семейства Celeron, который имеет кэш 2 уровня 256 Кб, работающий по 100 МГц шине. Этот процессор значительно превосходит первые процессоры Intel Pentium III.

45. Intel Pentium 4 (Northwood) (2001 год)
Было увеличен кэш 2 уровня до 512 Кб, а тактовая частота стала достигать 3,06 ГГц. И это все благодаря ядру Northwood.

46. Intel Xeon (Prestonia) (2001 год)
Процессор отличался от своего предшественника только ядром Prestonia и кэшем 2 уровня в 512 Кб.

47. Intel Celeron (Willamette-128) (2002 год)
Процессор сделан на ядре Willamette, по 0,18 мкм процессу.

48. Intel Celeron (Northwood-128) (2002 год)
Главное отличие от процессора Willamette-128 состоит в том, что он выполнен по 0,13 мкм технологии.

49. Intel Core 2 Duo (2006 год)

50. Intel Core i (2009 год)

Этот тип процессора используется до сегодняшнего дня. Только они разделились на i3, i5, i7.

Подведение итогов
     Как видите, у компании богатая история и в одной статье сложно охватить каждого из представителей семейства Intel. Поэтому, если Вас заинтересовал какой-либо процессор, пишите мне в комментариях и в ближайшее время я напишу более подробный обзор.

Микропроцессор

— Энциклопедия Нового Света

Микропроцессор
Матрица микропроцессора Intel 80486DX2 (фактический размер: 12 × 6,75 мм) в упаковке
Дата изобретения: Конец 1960-х / начало 1970-х (объяснения см. В статье)
Подключается к:

  • Материнская плата через один из разъемов
    • Интеграция
    • DIP
    • Прочие
Архитектура:
Общие производители:

Микропроцессор (иногда сокращенно мкП ) — это программируемый цифровой электронный компонент, который объединяет функции центрального процессора (ЦП) на одной полупроводниковой интегральной схеме (ИС).Микропроцессор родился путем уменьшения размера слова ЦП с 32 бит до 4 бит, чтобы транзисторы его логических схем поместились в единую часть. Один или несколько микропроцессоров обычно служат ЦП в компьютерной системе, встроенной системе или портативном устройстве.

Микропроцессоры сделали возможным появление микрокомпьютеров в середине 1970-х годов. До этого периода электронные процессоры обычно делались из громоздких дискретных коммутационных устройств (а позже и из небольших интегральных схем), содержащих эквивалент всего нескольких транзисторов.За счет интеграции процессора в один или несколько крупномасштабных корпусов интегральных схем (содержащих эквивалент тысяч или миллионов дискретных транзисторов) стоимость мощности процессора была значительно снижена. С момента появления ИС в середине 1970-х годов микропроцессор стал наиболее распространенной реализацией ЦП, почти полностью заменив все другие формы.

В будущем микропроцессоры станут меньше. Существует ограничение на размер, который они получат.Решение получить меньшие компоненты на более мелких микросхемах в конечном итоге сводится не к физической модернизации, а к математической. Чтобы сделать поменьше. Например, исследования в области нанотехнологий должны выходить за рамки бинарных систем (вкл. / Выкл.) И рассматривать, возможно, тройные системы (вкл. / Выкл. / Нейтраль). Это может не увеличить размер памяти на кристалле, но может открыть двери для более быстрых технологий.

Известно, что эволюция микропроцессоров следует закону Мура, когда речь идет о неуклонном повышении производительности на протяжении многих лет.Этот закон предполагает, что «сложность интегральной схемы относительно минимальной стоимости компонентов удваивается каждые 24 месяца». Это изречение обычно подтверждается с начала 1970-х годов. С момента их скромного начала в качестве драйверов для калькуляторов постоянное увеличение мощности привело к доминированию микропроцессоров над всеми остальными формами компьютеров; каждая система, от самых больших мэйнфреймов до самых маленьких карманных компьютеров, теперь использует микропроцессор в своей основе.

История

Первые микропроцессоры

4004 со снятой крышкой (слева) и фактически использованной (справа).

Как и многие другие технологические достижения, идея микропроцессора пришла. Три проекта, возможно, поставляли полный микропроцессор примерно в одно и то же время: Intel 4004, TMS 1000 от Texas Instruments и Central Air Data Computer от Garrett AiResearch.

В 1968 году Гарретту было предложено создать цифровой компьютер, чтобы конкурировать с электромеханическими системами, которые тогда разрабатывались для главного компьютера управления полетом нового истребителя F-14 Tomcat ВМС США. Разработка была завершена к 1970 году, и в качестве основного процессора использовался набор микросхем на базе MOS.Конструкция была меньше и намного надежнее, чем механические системы, с которыми она конкурировала, и использовалась во всех ранних моделях Tomcat. Однако система считалась настолько продвинутой, что военно-морской флот отказался разрешить публикацию проекта и продолжал отказывать до 1997 года. По этой причине CADC и чипсет MP944, который он использовал, практически неизвестны даже сегодня.

TI разработала 4-битный TMS 1000 и сделала упор на предварительно запрограммированные встроенные приложения, представив 17 сентября 1971 года версию под названием TMS1802NC, в которой калькулятор реализован на кристалле.Чип Intel был 4-битным 4004, выпущенным 15 ноября 1971 года и разработанным Федерико Фаггин.

TI подала заявку на патент на микропроцессор. 4 сентября 1973 года Гэри Бун был награжден патентом США 3757306 (PDF) на архитектуру однокристального микропроцессора. Возможно, никогда не будет известно, у какой компании действительно был первый рабочий микропроцессор, работающий на лабораторном столе. Как в 1971, так и в 1976 году Intel и TI заключили широкие патентные соглашения о перекрестном лицензировании, при этом Intel выплачивала TI роялти за патент на микропроцессор.Хорошая история этих событий содержится в судебной документации по судебному спору между Cyrix и Intel, в котором TI выступила в роли посредника и владельца патента на микропроцессор.

Интересно, что третья сторона утверждает, что получила патент, который мог бы распространяться на «микропроцессор».

Компьютер на кристалле — это разновидность микропроцессора, которая объединяет в одном кристалле ядро ​​микропроцессора (ЦП), часть памяти и линии ввода / вывода (ввода / вывода). Патент «компьютер на кристалле», в то время называемый «патентом на микрокомпьютер», У.Патент S. 4074351 (PDF) был присужден Гэри Буну и Майклу Дж. Кокрану из TI. Помимо этого патента, стандартное значение микрокомпьютера — это компьютер, использующий один или несколько микропроцессоров в качестве процессора (ов), в то время как концепция, определенная в патенте, возможно, больше похожа на микроконтроллер.

Согласно A History of Modern Computing, (MIT Press), Intel заключила контракт с Computer Terminals Corporation, позже названной Datapoint, из Сан-Антонио, Техас, на чип для терминала, который они проектировали.Позже Datapoint решила не использовать этот чип, и в апреле 1972 года Intel продавала его как 8008. Это был первый в мире 8-битный микропроцессор. Он стал основой для знаменитого компьютерного комплекта «Марк-8», рекламируемого в журнале Radio-Electronics в 1974 году. 8008 и его преемник, всемирно известный 8080, открыли рынок микропроцессорных компонентов.

Известные 8-битные конструкции

Позже, в 1972 году, за 4004 последовал 8008, первый в мире 8-разрядный микропроцессор. Эти процессоры являются предшественниками очень успешных Intel 8080 (1974), Zilog Z80 (1976) и производных 8-битных процессоров Intel.Конкурирующая Motorola 6800 была выпущена в августе 1974 года. Ее архитектура была клонирована и улучшена в MOS Technology 6502 в 1975 году, что позволило соперничать с Z80 по популярности в 1980-х годах.

И Z80, и 6502 были сконцентрированы на низкой общей стоимости за счет сочетания небольшой упаковки, простых требований к компьютерной шине и включения схем, которые обычно должны были быть предоставлены в отдельном чипе (например, Z80 включал память контроллер). Именно эти особенности позволили совершить «революцию» домашних компьютеров в начале 1980-х годов, в конечном итоге выпустив полугодные машины, которые продавались за 99 долларов США.

Western Design Center, Inc. (WDC) представил CMOS 65C02 в 1982 году и передал лицензию на разработку нескольким компаниям, которые стали ядром персональных компьютеров Apple IIc и IIe, медицинских имплантируемых кардиостимуляторов и дефибрилляторов, автомобильных, промышленных, и бытовые устройства. WDC была пионером в области лицензирования микропроцессорной технологии, за которой позже последовали ARM и другие поставщики интеллектуальной собственности (IP) микропроцессоров в 1990-х годах.

Motorola превзошла весь 8-битный мир, представив MC6809 в 1978 году, возможно, один из самых мощных, ортогональных и чистых 8-битных микропроцессоров, когда-либо применявшихся, а также одну из самых сложных схем аппаратной логики, которые когда-либо создавались. в производство для любого микропроцессора.Примерно в этот момент микрокодирование заменило аппаратную логику для всех проектов, более мощных, чем MC6809, особенно потому, что требования к конструкции становились слишком сложными для аппаратной логики.

Еще одним ранним 8-разрядным микропроцессором был Signetics 2650, который вызвал кратковременный всплеск интереса из-за своей инновационной и мощной архитектуры набора команд.

Первым микропроцессором в мире космических полетов был RCA RCA 1802 (также называемый CDP1802 или RCA COSMAC) (представленный в 1976 году), который использовался в космических зондах NASA Voyager и Viking в 1970-х годах и на борту Зонд Galileo к Юпитеру (запущен в 1989 г., прибыл в 1995 г.).RCA COSMAC был первым, кто реализовал технологию CMOS. CDP1802 использовался потому, что он мог работать с очень низким энергопотреблением, а также потому, что его производственный процесс (кремний на сапфире) обеспечивал гораздо лучшую защиту от космического излучения и электростатических разрядов, чем у любого другого процессора того времени. Таким образом, 1802 считается первым микропроцессором с защитой от радиации.

16-битные конструкции

Микропроцессоры, включая Intel 80486DX2 и Intel 80386.

Первым мультичиповым 16-битным микропроцессором был National Semiconductor IMP-16, представленный в начале 1973 года.8-битная версия чипсета была представлена ​​в 1974 году как IMP-8. В 1975 году National представила первый 16-битный однокристальный микропроцессор PACE, за которым позже последовала версия NMOS, INS8900.

Другие ранние мультичиповые 16-битные микропроцессоры включают микропроцессоры, используемые Digital Equipment Corporation (DEC) в наборе плат LSI-11 OEM и упакованном миникомпьютере PDP 11/03, а также Fairchild Semiconductor MicroFlame 9440, оба из которых были представлены. в период с 1975 по 1976 год.

Первым однокристальным 16-битным микропроцессором была TMS 9900 компании TI, которая также была совместима с их линейкой миникомпьютеров TI-990. 9900 использовался в миникомпьютере TI 990/4, домашнем компьютере TI-99 / 4A и линейке плат микрокомпьютеров TM990 OEM. Чип был упакован в большой керамический корпус DIP с 64 выводами, в то время как в большинстве 8-битных микропроцессоров, таких как Intel 8080, использовались более распространенные, меньшие и менее дорогие пластиковые 40-контактные DIP. Последующий чип, TMS 9980, был разработан, чтобы конкурировать с Intel 8080, имел полный набор 16-битных инструкций TI 990, использовал пластиковый 40-контактный корпус, перемещал данные по 8 бит за раз, но мог только адресовать 16 КБ.Третий чип, TMS 9995, был новой конструкции. Позже семейство расширилось, включив в него модели 99105 и 99110.

Western Design Center, Inc. (WDC) представил 16-битную модернизацию CMOS 65816 для WDC CMOS 65C02 в 1984 году. 16-битный микропроцессор 65816 был ядром Apple IIgs, а затем и Super Nintendo Entertainment System, благодаря чему это один из самых популярных 16-битных дизайнов всех времен.

Intel пошла по другому пути, не имея миникомпьютеров для эмуляции, и вместо этого «увеличила» свой дизайн 8080 до 16-битного Intel 8086, первого члена семейства x86, на котором установлено большинство современных компьютеров типа ПК.Intel представила 8086 как рентабельный способ переноса программного обеспечения с линейки 8080 и преуспела на этом основании. 8088, версия 8086, которая использовала внешнюю 8-битную шину данных, была микропроцессором в первом ПК IBM, модели 5150. Вслед за их 8086 и 8088, Intel выпустила 80186, 80286 и, в 1985 году, 32-битный 80386, укрепляющий свое доминирующее положение на рынке ПК благодаря обратной совместимости семейства процессоров.

Интегрированный блок управления памятью микропроцессора (MMU) был разработан Childs et al.корпорации Intel и получил патент США № 4 442 484.

32-битные конструкции

Верхние слои межсоединений на кристалле Intel 80486 DX2.
16-разрядные конструкции

были на рынке лишь недолго, когда начали появляться полные 32-разрядные реализации.

Самая известная из 32-битных конструкций — MC68000, представленная в 1979 году. 68K, как она была широко известна, имела 32-битные регистры, но использовала 16-битные внутренние пути данных и 16-битную внешнюю шину данных. для уменьшения количества выводов и поддерживает только 24-битные адреса.Motorola обычно описывала его как 16-битный процессор, хотя он явно имеет 32-битную архитектуру. Сочетание высокой скорости, большого (16 мегабайт) объема памяти и довольно низкой стоимости сделало его самым популярным процессором в своем классе. В дизайне Apple Lisa и Macintosh использовался 68000, как и множество других дизайнов середины 1980-х, включая Atari ST и Commodore Amiga.

Первым в мире одночиповым полностью 32-битным микропроцессором с 32-битными трактами данных, 32-битными шинами и 32-битными адресами был AT&T Bell Labs BELLMAC-32A, первые образцы которого были представлены в 1980 году, и в целом Производство 1982 г.После отделения AT&T в 1984 году он был переименован в WE 32000 (WE от Western Electric) и имел два последующих поколения, WE 32100 и WE 32200. Эти микропроцессоры использовались в миникомпьютерах AT&T 3B5 и 3B15; в 3B2, первом в мире настольном супермикрокомпьютере; в «Компаньоне» — первом в мире 32-битном портативном компьютере; а также в «Александре», первом в мире супермикрокомпьютере размером с книгу, в котором используются картриджи памяти в виде ПЗУ, аналогичные сегодняшним игровым консолям. Все эти системы работали под управлением операционной системы UNIX System V.

Первым 32-разрядным микропроцессором Intel был iAPX 432, который был представлен в 1981 году, но не имел коммерческого успеха. Он имел расширенную объектно-ориентированную архитектуру, основанную на возможностях, но низкую производительность по сравнению с другими конкурирующими архитектурами, такими как Motorola 68000.

Успех Motorola с 68000 привел к появлению MC68010, в котором была добавлена ​​поддержка виртуальной памяти. MC68020, представленный в 1985 году, добавил полные 32-битные шины данных и адреса. 68020 стал очень популярным на рынке супермикрокомпьютеров Unix, и многие небольшие компании (например, Altos, Charles River Data Systems) производили настольные системы.Вслед за этим с MC68030, который добавил MMU в чип, семейство 68K стало процессором для всего, что не работало под DOS. Неизменный успех привел к появлению MC68040, который включал в себя FPU для лучшей математической производительности. 68050 не смог достичь поставленных целей и не был выпущен, а последующий MC68060 был выпущен на рынок, насыщенный гораздо более быстрыми конструкциями RISC. Семейство 68K исчезло с настольных компьютеров в начале 1990-х годов.

Другие крупные компании разработали 68020 и последующие модели во встроенное оборудование.В какой-то момент во встроенном оборудовании было больше 68020, чем Intel Pentium в ПК. Ядра процессора ColdFire являются производными от почтенного 68020.

В это время (с начала до середины 1980-х годов) National Semiconductor представила очень похожий 16-битный внутренний микропроцессор, 32-битный внутренний микропроцессор под названием NS 16032 (позже переименованный в 32016), полную 32-битную версию под названием NS 32032 и линейка 32-битных промышленных OEM-микрокомпьютеров. К середине 1980-х компания Sequent представила первый симметричный многопроцессорный (SMP) компьютер серверного класса, использующий NS 32032.Это была одна из немногих побед дизайна, и она исчезла в конце 1980-х годов.

MIPS R2000 (1984) и R3000 (1989) были очень успешными 32-разрядными микропроцессорами RISC. Они использовались, в том числе, в высокопроизводительных рабочих станциях и серверах SGI.

Среди других разработок был интересный Zilog Z8000, который прибыл на рынок слишком поздно, чтобы иметь шанс, и быстро исчез.

В конце 80-х «микропроцессорные войны» начали убивать некоторые микропроцессоры.Судя по всему, только с одной крупной победой в дизайне, Sequent, NS 32032 просто прекратил свое существование, и Sequent перешла на микропроцессоры Intel.

С 1985 по 2003 год 32-разрядные архитектуры x86 становились все более доминирующими на рынках настольных компьютеров, ноутбуков и серверов, и эти микропроцессоры стали быстрее и мощнее. Intel лицензировала ранние версии архитектуры другим компаниям, но отказалась лицензировать Pentium, поэтому AMD и Cyrix создали более поздние версии архитектуры на основе своих собственных разработок.В течение этого периода сложность (количество транзисторов) и производительность (количество команд в секунду) этих процессоров увеличились как минимум в 1000 раз.

64-битные микрочипы на десктоп

В то время как конструкции 64-битных микропроцессоров использовались на нескольких рынках с начала 1990-х годов, в начале 2000-х годов на рынке ПК были представлены 64-битные микрочипы.

С появлением AMD в сентябре 2003 года первой 64-разрядной архитектуры с обратной совместимостью IA-32, AMD64, за которой последовали собственные чипы Intel x86-64, началась эра 64-разрядных настольных компьютеров.Оба процессора могут запускать 32-разрядные устаревшие приложения, а также новое 64-разрядное программное обеспечение. В 64-битных Windows XP и Linux, которые работают с 64-битными собственными версиями, программное обеспечение также предназначено для использования всей мощности таких процессоров. Переход на 64 бита — это больше, чем просто увеличение размера регистра по сравнению с IA-32, поскольку он также удваивает количество регистров общего назначения для устаревших конструкций CISC.

Переход процессоров PowerPC на 64-битную архитектуру планировался с момента их разработки в начале 90-х годов и не являлся основной причиной несовместимости.Существующие целочисленные регистры расширены, как и все связанные с ними пути передачи данных, но, как и в случае с IA-32, блоки с плавающей запятой и векторные блоки работали на 64-битной или более высокой скорости в течение нескольких лет. В отличие от того, что произошло с IA-32, было расширено до x86-64, в 64-битном PowerPC не было добавлено никаких новых регистров общего назначения, поэтому любая производительность, полученная при использовании 64-битного режима для приложений, не использующих большее адресное пространство, минимальна. .

Многоядерные процессоры

Двухъядерный процессор AMD X2 3600.

Другой подход к повышению производительности компьютера — это добавление дополнительных процессоров, как в схемах с симметричной многопроцессорной обработкой, которые были популярны на серверах и рабочих станциях с начала 1990-х годов. Соблюдение закона Мура становится все более сложной задачей, поскольку технологии производства микросхем приближаются к физическим пределам технологии.

В ответ производители микропроцессоров ищут другие способы повышения производительности, чтобы сохранить импульс постоянных обновлений на рынке.

Многоядерный процессор — это просто один чип, содержащий более одного ядра микропроцессора, эффективно умножающий потенциальную производительность на количество ядер (при условии, что операционная система и программное обеспечение предназначены для использования преимуществ более чем одного процессора). Некоторые компоненты, такие как интерфейс шины и кэш второго уровня, могут совместно использоваться ядрами. Поскольку ядра физически расположены очень близко друг к другу, они взаимодействуют с гораздо более высокими тактовыми частотами по сравнению с дискретными многопроцессорными системами, улучшая общую производительность системы.

В 2005 году были анонсированы первые двухъядерные процессоры для массового рынка, а с 2006 года двухъядерные процессоры широко используются в высокопроизводительных серверах и рабочих станциях, в то время как четырехъядерные процессоры для серверов начинают становиться доступными.

RISC

В середине 1980-х — начале 1990-х годов появился ряд новых высокопроизводительных микропроцессоров RISC (компьютер с сокращенным набором команд), которые первоначально использовались в машинах специального назначения и рабочих станциях Unix, но с тех пор стали почти универсальными для всех ролей, кроме настольный компьютер стандарта Intel.

Первый коммерческий проект был выпущен MIPS Technologies, 32-битный R2000 (R1000 не был выпущен). R3000 сделал дизайн действительно практичным, а R4000 представил первый в мире 64-разрядный дизайн. Конкурирующие проекты приведут к появлению систем IBM POWER и Sun SPARC соответственно. Вскоре все крупные производители выпускали дизайн RISC, включая AT&T CRISP, AMD 29000, Intel i860 и Intel i960, Motorola 88000, DEC Alpha и HP-PA.

Рыночные силы «отсеяли» многие из этих проектов, оставив PowerPC в качестве основного процессора RISC для настольных ПК, а SPARC используется только в проектах Sun.MIPS продолжает поставлять некоторые системы SGI, но в основном используется в качестве встроенной конструкции, особенно в маршрутизаторах Cisco. Остальные оригинальные дизайны либо исчезли, либо скоро исчезнут. Другие компании атаковали ниши на рынке, в частности ARM, изначально предназначавшуюся для использования на домашних компьютерах, но с тех пор сосредоточившуюся на рынке встраиваемых процессоров. Сегодня RISC-разработки, основанные на ядрах MIPS, ARM или PowerPC, обеспечивают питание подавляющего большинства вычислительных устройств.

По состоянию на 2006 год все еще производится несколько 64-битных архитектур.К ним относятся x86-64, MIPS, SPARC, Power Architecture и IA-64.

Микропроцессоры специального назначения

Хотя термин «микропроцессор» традиционно относился к одно- или многокристальному процессору или системе-на-кристалле (SoC), из этой технологии последовало несколько типов специализированных устройств обработки. Наиболее распространенными примерами являются микроконтроллеры, цифровые сигнальные процессоры (DSP) и графические процессоры (GPU). Многие из них либо не программируются, либо имеют ограниченные возможности программирования.Например, в целом графические процессоры в течение 1990-х годов были в основном непрограммируемыми и лишь недавно получили ограниченные возможности, такие как программируемые вершинные шейдеры. Не существует универсального консенсуса относительно того, что определяет «микропроцессор», но обычно можно с уверенностью предположить, что этот термин относится к универсальному процессору некоторого вида, а не к процессору специального назначения, если специально не указано иное.

RCA 1802 имел так называемую статическую конструкцию , означало, что тактовая частота могла быть сделана произвольно низкой, даже до 0 Гц, что является условием полной остановки.Это позволило космическому кораблю Voyager / Viking / Galileo использовать минимум электроэнергии для длительных, спокойных участков путешествия. Таймеры и / или датчики будут вовремя пробуждать / ускорять процессор для важных задач, таких как обновления навигации, управление ориентацией, сбор данных и радиосвязь.

Статистика рынка

В 2003 году было произведено и продано микропроцессоров на сумму около 44 миллиардов долларов. Хотя примерно половина этих денег была потрачена на процессоры, используемые в настольных или портативных персональных компьютерах, они составляют всего около нуля.2 процента от всех проданных процессоров.

Около 55 процентов всех продаваемых в мире процессоров — это 8-битные микроконтроллеры. В 1997 году было продано более 2 миллиардов 8-битных микроконтроллеров.

Менее 10 процентов всех продаваемых в мире ЦП являются 32-битными и более. Из всех проданных 32-битных процессоров около 2 процентов используются в настольных или портативных персональных компьютерах, остальные продаются в бытовой технике, такой как тостеры, микроволновые печи, пылесосы и телевизоры.

Основные конструкторы

  • Intel
  • Усовершенствованные микроустройства
  • IBM Микроэлектроника
  • AMCC
  • Freescale Semiconductor
  • АРМ Холдингс
  • Технологии MIPS
  • Texas Instruments Semiconductors
  • Технология Renesas
  • Западный дизайн-центр
  • ST Микроэлектроника
  • Sun Microsystems

Ссылки

  • Крисп, Джон.2004. Введение в микропроцессоры и микроконтроллеры . Берлингтон, Массачусетс: Newnes. ISBN 0750659890.
  • Токчи, Рональд Дж., Фрэнк Дж. Амбросио. 2002. Микропроцессоры и микрокомпьютеры: аппаратное и программное обеспечение . Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 0130609048.
  • Стоукс, Джон. 2006. Внутри машины: иллюстрированное введение в микропроцессоры и компьютерную архитектуру . Сан-Франциско: Пресса без крахмала. ISBN 1593271042.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 3 октября 2018 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света писателей и редакторов переписали и завершили статью Википедия
в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Semiconductor — New World Encyclopedia

A semiconductor — это твердое тело, электрическую проводимость которого можно регулировать в широком диапазоне, постоянно или динамически.Полупроводники имеют огромное технологическое и экономическое значение. Полупроводники являются незаменимыми материалами во всех современных электрических устройствах, от компьютеров до сотовых телефонов и цифровых аудиоплееров. Кремний — наиболее коммерчески важный полупроводник, хотя важны и десятки других.

Полупроводниковые устройства — это электронные компоненты, в которых используются электронные свойства полупроводниковых материалов, в основном кремния, германия и арсенида галлия.Полупроводниковые устройства заменили термоэлектронные устройства (вакуумные лампы) в большинстве приложений. Они используют электронную проводимость в твердом состоянии в отличие от газообразного состояния или термоэлектронной эмиссии в высоком вакууме.

Полупроводниковые устройства

производятся в виде отдельных дискретных устройств или интегральных схем (ИС), которые состоят из ряда — от нескольких устройств до миллионов — устройств, изготовленных на одной полупроводниковой подложке.

Обзор полупроводников

Полупроводники очень похожи на изоляторы.Две категории твердых тел различаются в первую очередь тем, что изоляторы имеют большую ширину запрещенной зоны — энергии, которые электроны должны приобретать, чтобы свободно течь. В полупроводниках при комнатной температуре, как и в изоляторах, очень немногие электроны получают достаточно тепловой энергии, чтобы перепрыгнуть через запрещенную зону, необходимую для проводимости. По этой причине чистые полупроводники и изоляторы в отсутствие приложенных полей имеют примерно одинаковые электрические свойства. Однако меньшая ширина запрещенной зоны полупроводников позволяет использовать многие другие средства, помимо температуры, для управления их электрическими свойствами.

Собственные электрические свойства полупроводников очень часто необратимо изменяются путем введения примесей в процессе, известном как легирование. Обычно разумно предположить, что каждый примесный атом добавляет один электрон или одну «дырку» (концепция будет обсуждена позже), которые могут свободно течь. При добавлении достаточно большой доли легирующих примесей полупроводники проводят электричество почти так же хорошо, как металлы. Переходы между областями полупроводников, легированных различными примесями, содержат встроенные электрические поля, которые имеют решающее значение для работы полупроводникового прибора.

В дополнение к постоянному изменению путем легирования электрические свойства полупроводников часто динамически изменяются путем приложения электрических полей. Возможность управлять проводимостью в небольших и четко определенных областях полупроводникового материала статически за счет легирования и динамически за счет приложения электрических полей привела к разработке широкого спектра полупроводниковых устройств, таких как транзисторы. Полупроводниковые устройства с динамически регулируемой проводимостью являются строительными блоками интегральных схем, таких как микропроцессор.Эти «активные» полупроводниковые устройства комбинируются с более простыми пассивными компонентами, такими как полупроводниковые конденсаторы и резисторы, для производства различных электронных устройств.

В некоторых полупроводниках, когда электроны попадают из зоны проводимости в валентную зону (уровни энергии выше и ниже запрещенной зоны), они часто излучают свет. Этот процесс фотоэмиссии лежит в основе светоизлучающих диодов (LED) и полупроводниковых лазеров, которые имеют огромное коммерческое значение.И наоборот, полупроводниковое поглощение света в фотодетекторах возбуждает электроны из валентной зоны в зону проводимости, облегчая прием оптоволоконной связи и обеспечивая основу для энергии от солнечных элементов.

Полупроводники могут быть элементарными материалами, такими как кремний, составные полупроводники, , такие как арсенид галлия, или сплавы, такие как кремний-германий или арсенид алюминия-галлия.

История развития полупроводниковых приборов

1900-е годы

Полупроводники использовались в области электроники за некоторое время до изобретения транзистора.Примерно на рубеже двадцатого века они были довольно распространены в качестве детекторов в радиоприемниках, использовавшихся в устройстве, называемом «кошачий ус». Однако эти детекторы были несколько неудобными: оператору приходилось перемещать небольшую вольфрамовую нить (усы) по поверхности кристалла галенита (сульфида свинца) или карборунда (карбида кремния) до тех пор, пока она внезапно не заработала. Затем, в течение нескольких часов или дней, усы кошки медленно переставали работать, и процесс приходилось повторять.В то время их работа была совершенно загадочной. После появления более надежных радиоприемников с усилителями на электронных лампах системы кошачьих усов быстро исчезли. «Кошачий ус» — это примитивный пример диода особого типа, все еще популярного сегодня, под названием диод Шоттки.

Вторая мировая война

Во время Второй мировой войны радиолокационные исследования быстро подтолкнули радиолокационные приемники к работе на все более высоких частотах, и традиционные ламповые радиоприемники перестали работать.Внедрение магнетрона резонатора из Великобритании в США в 1940 году во время миссии Тиззард привело к острой необходимости в практическом высокочастотном усилителе.

По прихоти Рассел Ол из Bell Laboratories решил попробовать кошачий ус. К этому моменту они не использовались в течение нескольких лет, и ни у кого в лабораториях их не было. После охоты на одну из них в магазине подержанных радиоприемников на Манхэттене он обнаружил, что она работает намного лучше, чем системы на основе ламп.

Оль исследовал, почему кошачий усик так хорошо функционирует.Он провел большую часть 1939 года, пытаясь вырастить более чистые версии кристаллов. Вскоре он обнаружил, что с кристаллами более высокого качества их привередливость исчезла, но исчезла и их способность работать в качестве радиодетекторов. Однажды он обнаружил, что один из его чистейших кристаллов, тем не менее, работал хорошо, и что интересно, у него была хорошо заметная трещина около середины. Однако, когда он ходил по комнате, пытаясь проверить это, детектор загадочным образом срабатывал, а затем снова останавливался. После некоторого исследования он обнаружил, что поведение контролируется светом в комнате — чем больше света, тем выше проводимость кристалла.Он пригласил еще нескольких человек посмотреть на этот кристалл, и Уолтер Браттейн сразу понял, что в трещине есть какое-то соединение.

Дальнейшие исследования прояснили оставшуюся загадку. Кристалл треснул, потому что обе стороны содержали очень немного разные количества примесей, которые Ohl не мог удалить — около 0,2%. На одной стороне кристалла были примеси, которые добавляли дополнительные электроны (носители электрического тока) и делали его «проводником». В другом были примеси, которые хотели связываться с этими электронами, делая его (то, что он называл) «изолятором».«Поскольку две части кристалла находились в контакте друг с другом, электроны можно было вытолкнуть из проводящей стороны, на которой были дополнительные электроны (вскоре получившие название эмиттера ), и заменить их новыми (из батарею, например), где они будут течь в изолирующую часть и собираться нитевидным волокном (названным коллектором ). Однако, когда напряжение меняется на противоположное, электроны, проталкиваемые в коллектор, быстро заполняют «дыры» (примеси, нуждающиеся в электронах), и проводимость прекратилась бы почти мгновенно.Это соединение двух кристаллов (или частей одного кристалла) привело к созданию твердотельного диода, и вскоре эта концепция стала известна как полупроводниковая. Механизм действия при выключенном диоде связан с разделением носителей заряда вокруг перехода. Это называется «областью истощения».

Разработка диода

Вооружившись знаниями о том, как работают эти новые диоды, были предприняты энергичные усилия, чтобы научиться создавать их по запросу. Команды из Университета Пердью, Bell Labs, Массачусетского технологического института и Чикагского университета объединили свои усилия для создания лучших кристаллов.В течение года производство германия было усовершенствовано до такой степени, что диоды военного класса использовались в большинстве радаров.

Разработка транзистора

После войны Уильям Шокли решил попытаться построить полупроводниковый прибор типа триода. Он обеспечил финансирование и лабораторные помещения, и вместе с Браттейном и Джоном Бардином приступил к работе над проблемой.

Ключом к развитию транзистора было дальнейшее понимание процесса подвижности электронов в полупроводнике.Стало понятно, что если бы существовал способ контролировать поток электронов от эмиттера к коллектору этого недавно открытого диода, можно было бы построить усилитель. Например, если вы разместите контакты по обе стороны от кристалла одного типа, ток не будет течь через него. Однако, если бы третий контакт мог затем «впрыснуть» электроны или дырки в материал, ток потек бы.

На самом деле это оказалось очень сложно. Если бы кристалл имел какой-либо разумный размер, количество электронов (или дырок), необходимых для инжекции, было бы очень большим, что делало бы его менее полезным в качестве усилителя, поскольку для начала потребовался бы большой ток инжекции.Тем не менее, вся идея кристаллического диода заключалась в том, что сам кристалл мог обеспечивать электроны на очень маленьком расстоянии, в области обеднения. Ключевым моментом оказалось размещение входных и выходных контактов очень близко друг к другу на поверхности кристалла по обе стороны от этой области.

Браттейн начал работу над созданием такого устройства, и по мере того, как команда работала над проблемой, продолжали появляться дразнящие намеки на усиление. Иногда система работала, но затем неожиданно перестала работать.В одном случае неработающая система начала работать, когда ее поместили в воду. В конце концов, Ол и Браттейн разработали новую ветвь квантовой механики, известную как физика поверхности, для объяснения этого поведения. Электроны в любой части кристалла будут перемещаться из-за близлежащих зарядов. Электроны в эмиттерах или «дырках» в коллекторах будут сгруппироваться на поверхности кристалла, где они смогут найти свой противоположный заряд, «плавающий» в воздухе (или воде). Тем не менее, их можно было оттолкнуть от поверхности с приложением небольшого заряда из любого другого места на кристалле.Вместо того, чтобы нуждаться в большом количестве инжектированных электронов, очень небольшое количество электронов в нужном месте кристалла дало бы то же самое.

Их понимание в некоторой степени решило проблему потребности в очень маленькой зоне управления. Вместо двух отдельных полупроводников, соединенных общей, но крошечной областью, могла бы служить одна большая поверхность. Выводы эмиттера и коллектора должны быть расположены очень близко друг к другу наверху, а контрольный вывод размещен на основании кристалла.Когда ток подается на «базовый» вывод, электроны или дырки выталкиваются наружу через блок полупроводника и собираются на дальней поверхности. Пока эмиттер и коллектор находятся очень близко друг к другу, между ними должно быть достаточно электронов или дырок, чтобы появилась проводимость.

Первый транзистор

Стилизованная копия первого транзистора, изобретенного в Bell Labs в 1947 году.

Команда Bell сделала много попыток построить такую ​​систему с помощью различных инструментов, но в целом безуспешно.Установки, в которых контакты были достаточно близки, неизменно были такими же хрупкими, как оригинальные детекторы кошачьих усов, и работали бы ненадолго, если вообще работали. В конце концов они совершили практический прорыв. К краю пластикового клина приклеивали кусок золотой фольги, а затем фольгу срезали бритвой по кончику треугольника. Результатом стали два очень близко расположенных золотых контакта. Когда пластик прижимался к поверхности кристалла и напряжение прикладывалось к другой стороне (на основании кристалла), ток начинал течь от одного контакта к другому, поскольку базовое напряжение отталкивало электроны от основания в направлении другая сторона возле контактов.Был изобретен точечный транзистор.

Хотя устройство было сконструировано неделей ранее, в примечаниях Браттейна описывается первая демонстрация вышестоящим руководителям в Bell Labs днем ​​23 декабря 1947 года, часто называемая датой рождения транзистора. «Точечно-контактный германиевый транзистор PNP» работал в качестве усилителя речи с коэффициентом усиления 18 в этом испытании. Джон Бардин, Уолтер Хаузер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли, известный сегодня как точечный транзистор, были удостоены Нобелевской премии по физике за свою работу в 1956 году.

Происхождение термина «транзистор»

Bell Telephone Laboratories требовалось общее название для своего нового изобретения: «Полупроводниковый триод», «Твердый триод», «Триод с поверхностными состояниями» [sic], «Кристаллический триод» и «Иотатрон» все рассматривались, но были придуманы «транзистор». Джона Р. Пирса, победил во внутреннем голосовании. Обоснование названия описано в следующем отрывке из Технического меморандума компании (28 мая 1948 г.) [26], призывающего к голосованию:

Транзистор.Это сокращенная комбинация слов «крутизна» или «передача» и «варистор». Устройство логически принадлежит к семейству варисторов и имеет крутизну или передаточный импеданс устройства с усилением, так что эта комбинация является описательной.

Улучшения в конструкции транзисторов

Шокли был расстроен из-за того, что устройство было приписано Браттейну и Бардину, которые, по его мнению, построили его «за спиной», чтобы получить славу. Ситуация усугубилась, когда юристы Bell Labs обнаружили, что некоторые из собственных работ Шокли о транзисторе были достаточно близки к более раннему патенту 1925 года, выданному Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом, что они сочли целесообразным не указывать его имя в заявке на патент.

Шокли был в ярости и решил продемонстрировать, кто был настоящим мозгом операции. Всего через несколько месяцев он изобрел совершенно новый тип транзистора со слоистой или «сэндвич-структурой». Эта новая форма была значительно более надежной, чем хрупкая система с точечным контактом, и в 1960-х годах она использовалась для подавляющего большинства всех транзисторов. Он превратился в транзистор с биполярным переходом.

После решения проблемы хрупкости осталась проблема чистоты.Получение германия необходимой чистоты оказалось серьезной проблемой и ограничивало количество транзисторов, которые действительно работали из данной партии материала. Чувствительность германия к температуре также ограничивала его полезность. Ученые предположили, что кремний будет легче изготовить, но мало кто потрудился исследовать эту возможность. Гордон Тил был первым, кто разработал работающий кремниевый транзистор, а его компания, зарождающаяся Texas Instruments, извлекла выгоду из его технологических преимуществ.К концу 1960-х годов германий исчез из большинства транзисторов.

В течение нескольких лет на рынке появились продукты на основе транзисторов, в первую очередь радиоприемники. Значительное улучшение производительности произошло, когда химик посоветовал компаниям, производящим полупроводники, использовать дистиллированную воду, а не воду из-под крана: ионы кальция были причиной низкого выхода. «Зонная плавка», метод, использующий движущуюся полосу расплавленного материала через кристалл, еще больше повысил чистоту имеющихся кристаллов.

Материалы для полупроводниковых приборов

Безусловно, кремний (Si) является наиболее широко используемым материалом в полупроводниковых устройствах. Сочетание низкой стоимости сырья, относительно простой обработки и полезного диапазона температур делает его в настоящее время лучшим компромиссом среди различных конкурирующих материалов. Кремний, используемый в производстве полупроводниковых приборов, в настоящее время изготавливается в виде булей, диаметр которых достаточно велик для изготовления пластин диаметром 300 мм (12 дюймов).

Германий (Ge) был широко используемым ранним полупроводниковым материалом, но его тепловая чувствительность делает его менее полезным, чем кремний.Сегодня германий часто легируют кремнием для использования в высокоскоростных устройствах SiGe; IBM — крупный производитель таких устройств.

Арсенид галлия (GaAs) также широко используется в высокоскоростных устройствах, но до сих пор было трудно формировать були большого диаметра из этого материала, ограничивая диаметр пластины до размеров, значительно меньших, чем кремниевые пластины, что привело к массовому производству Устройства на основе GaAs значительно дороже кремния.

Другие, менее распространенные материалы также используются или исследуются.

Карбид кремния (SiC) нашел некоторое применение в качестве сырья для синих светоизлучающих диодов (СИД) и исследуется для использования в полупроводниковых устройствах, которые могут выдерживать очень высокие рабочие температуры и среды со значительными уровнями ионизации. радиация. Диоды IMPATT также изготавливаются из SiC.

Различные соединения индия (арсенид индия, антимонид индия и фосфид индия) также используются в светодиодах и твердотельных лазерных диодах.Сульфид селена изучается при производстве фотоэлектрических солнечных элементов.

Получение полупроводниковых материалов

Полупроводники с предсказуемыми и надежными электронными свойствами необходимы для массового производства. Требуемый уровень химической чистоты чрезвычайно высок, поскольку присутствие примесей даже в очень малых количествах может иметь большое влияние на свойства материала. Также требуется высокая степень кристаллического совершенства, поскольку дефекты кристаллической структуры (такие как дислокации, двойники и дефекты упаковки) влияют на полупроводниковые свойства материала.Кристаллические дефекты являются основной причиной неисправных полупроводниковых устройств. Чем больше кристалл, тем труднее достичь необходимого совершенства. В современных процессах массового производства используются кристаллические слитки диаметром от четырех до двенадцати дюймов (300 мм), которые выращиваются в виде цилиндров и нарезаются на пластины.

Из-за требуемого уровня химической чистоты и совершенства кристаллической структуры, которые необходимы для изготовления полупроводниковых устройств, были разработаны специальные методы для производства исходного полупроводникового материала.Техника достижения высокой чистоты включает выращивание кристалла с использованием процесса Чохральского. Дополнительный этап, который можно использовать для дальнейшего повышения чистоты, известен как зонная очистка. При зонном рафинировании часть твердого кристалла плавится. Примеси имеют тенденцию концентрироваться в области плавления, в то время как требуемый материал перекристаллизуется, оставляя твердый материал более чистым и с меньшим количеством кристаллических дефектов.

При производстве полупроводниковых устройств, включающих гетеропереходы между различными полупроводниковыми материалами, постоянная решетки, которая представляет собой длину повторяющегося элемента кристаллической структуры, важна для определения совместимости материалов.

Основы полупроводниковых приборов

Основная причина, по которой полупроводниковые материалы так полезны, заключается в том, что поведением полупроводника можно легко управлять путем добавления примесей, известного как легирование. Проводимость полупроводника можно контролировать путем введения электрического поля, воздействия света и даже давления и тепла; таким образом, из полупроводников можно сделать отличные датчики. Токопроводимость в полупроводнике происходит через подвижные или «свободные» электронов и дырки (вместе известные как носители заряда , ).Легирование полупроводника, такого как кремний, небольшим количеством примесных атомов, таких как фосфор или бор, значительно увеличивает количество свободных электронов или дырок в полупроводнике. Когда легированный полупроводник содержит избыточные дырки, он называется «p-типом», а когда он содержит избыточные свободные электроны, он известен как «n-тип». Полупроводниковый материал, используемый в устройствах, легируется в строго контролируемых условиях на заводе-изготовителе, или fab , для точного контроля местоположения и концентрации легирующих примесей p- и n-типа.Переходы, которые образуются там, где соединяются полупроводники n-типа и p-типа, называются p-n переходами.

Диод

Диод с p-n-переходом представляет собой устройство, изготовленное на основе p-n-перехода. На стыке полупроводников p-типа и n-типа образуется область, называемая зоной обеднения, которая блокирует прохождение тока из области n-типа в область p-типа, но позволяет току проходить из области p-типа. в область n-типа. Таким образом, когда устройство смещено в прямом направлении, , на стороне p более высокий электрический потенциал, диод легко проводит ток; но ток очень мал, когда диод смещен в обратном направлении .

Воздействие света на полупроводник может генерировать электронно-дырочные пары, что увеличивает количество свободных носителей и его проводимость. Диоды, оптимизированные для использования этого явления, известны как фотодиоды .
Составные полупроводниковые диоды также могут использоваться для генерации света, например, в светодиодах и лазерных диодах.

Транзистор

Два МОП-транзистора с общим затвором (металлические слои и диэлектрик удалены для наглядности).

Транзисторы с биполярным переходом состоят из двух p-n-переходов в конфигурации n-p-n или p-n-p.Средняя, ​​или основание, , область между переходами обычно очень узкая. Остальные области и связанные с ними клеммы известны как эмиттер и коллектор . Небольшой ток, вводимый через соединение между базой и эмиттером, изменяет свойства перехода база-коллектор, так что он может проводить ток, даже если он смещен в обратном направлении. Это создает гораздо больший ток между коллектором и эмиттером, управляемый током база-эмиттер.

Другой тип транзистора, полевой транзистор, работает по принципу, согласно которому проводимость полупроводника может увеличиваться или уменьшаться в присутствии электрического поля. Электрическое поле может увеличивать количество свободных электронов и дырок в полупроводнике, тем самым изменяя его проводимость. Поле может быть приложено с помощью p-n-перехода с обратным смещением, образуя переход полевой транзистор или JFET; или электродом, изолированным от основного материала оксидным слоем, образующим полевой транзистор металл-оксид-полупроводник , или полевой МОП-транзистор.

Поперечное сечение МОП-транзистора (металлические слои и диэлектрик удалены для ясности), на переднем плане.

MOSFET — это наиболее часто используемый полупроводниковый прибор на сегодняшний день. Электрод затвора заряжается для создания электрического поля, которое управляет проводимостью «канала» между двумя выводами, называемого истоком и стоком . В зависимости от типа носителя в канале, устройство может быть полевым МОП-транзистором с n-каналом , (для электронов) или p-каналом , (для дырок).Хотя MOSFET частично назван из-за его «металлического» затвора, в современных устройствах вместо него обычно используется поликремний.

Применение полупроводниковых приборов

Все типы транзисторов могут использоваться в качестве строительных блоков логических вентилей, которые являются фундаментальными при проектировании цифровых схем. В цифровых схемах, таких как микропроцессоры, транзисторы действуют как двухпозиционные переключатели; Например, в полевом МОП-транзисторе напряжение, приложенное к затвору, определяет, включен или выключен переключатель.

Транзисторы, используемые для аналоговых схем, не работают как двухпозиционные переключатели; скорее, они реагируют на непрерывный диапазон входных данных с непрерывным диапазоном выходных данных.Общие аналоговые схемы включают усилители и генераторы.

Цепи, которые обеспечивают интерфейс или преобразование между цифровыми цепями и аналоговыми цепями, известны как цепи со смешанными сигналами.

Силовые полупроводниковые устройства — это дискретные устройства или интегральные схемы, предназначенные для приложений с высоким током или высоким напряжением. Силовые интегральные схемы сочетают в себе технологию ИС с технологией силовых полупроводников, их иногда называют «интеллектуальными» силовыми устройствами. Несколько компаний специализируются на производстве силовых полупроводников.

Идентификаторы компонентов

Обозначения типа полупроводниковых приборов часто зависят от производителя. Тем не менее, были попытки создать стандарты для кодов типов, и некоторые устройства им следуют. Например, для дискретных устройств существует три стандарта: JEDEC JESD370B в США, Pro Electron в Европе и JIS в Японии.

Физика полупроводников

Ленточная структура

Зонная структура полупроводника с полной валентной зоной и пустой зоной проводимости.

Подобно другим твердым телам, электроны в полупроводниках могут иметь энергии только в определенных диапазонах между энергией основного состояния, соответствующей электронам, прочно связанным с атомными ядрами материала, и энергией свободных электронов, которая является энергией, необходимой для электрон, чтобы полностью покинуть материал. Каждая энергетическая зона соответствует большому количеству дискретных квантовых состояний электронов, и большинство состояний с низкой энергией заполнены до определенной зоны, называемой валентной зоной .Полупроводники и изоляторы отличаются от металлов, потому что валентная зона в первых материалах почти заполнена при нормальных условиях.

Легкость, с которой электроны в полупроводнике могут быть возбуждены из валентной зоны в зону проводимости, зависит от ширины запрещенной зоны между зонами, и именно размер этой запрещенной зоны служит произвольной разделительной линией (примерно 4 эВ ) между полупроводниками и изоляторами.

Электроны должны перемещаться между состояниями, чтобы проводить электрический ток, и поэтому из-за принципа исключения Паули полные зоны не влияют на электрическую проводимость.Однако по мере того, как температура полупроводника поднимается выше абсолютного нуля, состояния электронов становятся все более рандомизированными или размытыми, и некоторые электроны, вероятно, будут обнаружены в состояниях зоны проводимости , которая является зоной непосредственно над зоной проводимости. валентная полоса. Электроны с током в зоне проводимости известны как «свободные электроны», хотя их часто называют просто «электронами», если контекст позволяет прояснить это использование.

Электроны, возбужденные в зону проводимости, также оставляют электронные дырки или незанятые состояния в валентной зоне.И электроны зоны проводимости, и дырки валентной зоны вносят свой вклад в электрическую проводимость. Сами дырки на самом деле не перемещаются, но соседний электрон может двигаться, чтобы заполнить дыру, оставляя дыру в том месте, откуда он только что появился, и таким образом кажется, что дырки движутся, и дырки ведут себя так, как если бы они были реальные положительно заряженные частицы.

Это поведение также можно рассматривать в отношении химического связывания. Электроны, которые имеют достаточно энергии, чтобы находиться в зоне проводимости, освободились от ковалентных связей между соседними атомами в твердом теле и могут свободно перемещаться и, следовательно, проводить заряд.

Важное различие между проводниками и полупроводниками состоит в том, что в полупроводниках перемещению заряда (тока) способствуют как электроны, так и дырки. Сравните это с проводником, в котором уровень Ферми находится на в пределах зоны проводимости, так что зона заполнена электронами только наполовину. В этом случае электронам требуется лишь небольшое количество энергии, чтобы найти другие незанятые состояния и перейти в них, и, следовательно, для протекания тока.

Генерация и рекомбинация носителей

Когда ионизирующее излучение попадает в полупроводник, оно может вывести электрон из своего энергетического уровня и, следовательно, оставить дыру.Этот процесс известен как генерация электронно-дырочных пар . Электронно-дырочные пары также постоянно генерируются за счет тепловой энергии в отсутствие какого-либо внешнего источника энергии.

Электронно-дырочные пары также склонны к рекомбинации. Сохранение энергии требует, чтобы эти процессы рекомбинации, в которых электрон теряет энергию, превышающую ширину запрещенной зоны, сопровождались испусканием тепловой энергии (в форме фононов) или излучения (в форме фотонов).

Допинг

Свойство полупроводников, которое делает их наиболее полезными для создания электронных устройств, заключается в том, что их проводимость можно легко изменить, введя примеси в их кристаллическую решетку. Процесс добавления контролируемых примесей в полупроводник известен как легирование . Количество примеси или легирующей примеси, добавленной к собственному (чистому) полупроводнику , изменяет его уровень проводимости. Легированные полупроводники часто называют примесью .

Добавки

Материалы, выбранные в качестве подходящих легирующих добавок, зависят от атомных свойств как легирующей добавки, так и легируемого материала. В общем, легирующие добавки, которые вызывают желаемые контролируемые изменения, классифицируются как акцепторы электронов или доноры. Донорный атом, который активируется (то есть включается в кристаллическую решетку), отдает материалу слабосвязанные валентные электроны, создавая избыточные носители отрицательного заряда. Эти слабосвязанные электроны могут относительно свободно перемещаться по кристаллической решетке и могут способствовать проводимости в присутствии электрического поля.И наоборот, активированный акцептор производит дырку. Полупроводники, легированные донорными примесями, называются n-типа , а полупроводники, легированные акцепторными примесями, известны как p-типа . Обозначения типа n и p указывают, какой носитель заряда действует как основной носитель материала. Противоположный носитель называется неосновным носителем, который существует из-за теплового возбуждения при гораздо более низкой концентрации по сравнению с основным носителем.

Например, чистый полупроводниковый кремний имеет четыре валентных электрона.В кремнии наиболее распространенными легирующими добавками являются элементы группы 13 ИЮПАК (обычно известной как столбец III ) и группы 15 (обычно известной как столбец V ). Все элементы группы 13 содержат три валентных электрона, что заставляет их действовать как акцепторы при использовании для легирования кремния. Элементы 15-й группы имеют пять валентных электронов, что позволяет им действовать как донор. Следовательно, кристалл кремния, легированный бором, создает полупроводник p-типа, тогда как кристалл, легированный фосфором, дает материал n-типа.

Концентрация носителя

Концентрация примеси, введенной в собственный полупроводник, определяет его концентрацию и косвенно влияет на многие из его электрических свойств. Наиболее важным фактором, на который напрямую влияет легирование, является концентрация носителей в материале. В собственном полупроводнике при тепловом равновесии концентрация электронов и дырок эквивалентна. То есть,

n = p = ni {\ displaystyle n = p = n_ {i}}

Где n {\ displaystyle n} — концентрация проводящих электронов, p {\ displaystyle p} — концентрация электронных дырок, а ni {\ displaystyle n_ {i}} — собственная концентрация носителей в материале.Концентрация собственных носителей различается в зависимости от материала и температуры. Например, ni {\ displaystyle n_ {i}} кремния составляет примерно 1 × 10 10 см -3 при 300 градусах Кельвина (комнатная температура).

В общем, увеличение концентрации легирования приводит к увеличению проводимости из-за более высокой концентрации носителей, доступных для проводимости. Вырожденно (очень сильно) легированные полупроводники имеют уровни проводимости, сравнимые с металлами, и часто используются в современных интегральных схемах в качестве замены металла.{-}} будет указывать на очень слабый легированный материал p-типа. Полезно отметить, что даже вырожденные уровни легирования подразумевают низкие концентрации примесей по сравнению с основным полупроводником. В собственном кристаллическом кремнии содержится примерно 5 × 10 22 атомов / см3. Концентрация легирования для кремниевых полупроводников может варьироваться от 10 13 см -3 до 10 18 см -3 . Концентрация легирования выше примерно 10 18 см -3 считается вырожденной при комнатной температуре.Вырожденно легированный кремний содержит долю примесей по отношению к кремнию порядка частей на тысячу. Эта доля может быть уменьшена до частей на миллиард в очень слаболегированном кремнии. Типичные значения концентрации попадают где-то в этот диапазон и адаптированы для обеспечения желаемых свойств в устройстве, для которого предназначен полупроводник.

Влияние на ленточную структуру

Зонная диаграмма перехода p + n . Изгиб полосы является результатом расположения уровней Ферми на сторонах p + и n .

Легирование кристалла полупроводника вводит разрешенные энергетические состояния внутри запрещенной зоны, но очень близко к энергетической зоне, соответствующей типу допанта. Другими словами, донорные примеси создают состояния вблизи зоны проводимости, а акцепторы создают состояния вблизи валентной зоны. Зазор между этими энергетическими состояниями и ближайшей энергетической зоной обычно называют энергией связи легирующих элементов или EB {\ displaystyle E_ {B}}, и он относительно невелик. Например, EB {\ displaystyle E_ {B}} для бора в объеме кремния равно 0.045 эВ по сравнению с шириной запрещенной зоны кремния около 1,12 эВ. Поскольку EB {\ displaystyle E_ {B}} настолько мал, требуется мало энергии для ионизации атомов примеси и создания свободных носителей в зоне проводимости или валентной зоне. Обычно тепловой энергии, доступной при комнатной температуре, достаточно для ионизации большей части легирующей примеси.

Легирующие примеси также обладают важным эффектом сдвига уровня Ферми материала в сторону энергетической зоны, которая соответствует легирующей примеси с наибольшей концентрацией. Поскольку уровень Ферми должен оставаться постоянным в системе, находящейся в термодинамическом равновесии, наложение слоев материалов с различными свойствами приводит ко многим полезным электрическим свойствам.Например, свойства p-n-перехода обусловлены изгибом энергетических зон, который происходит в результате выстраивания уровней Ферми в контактирующих областях материала p-типа и n-типа.

Этот эффект показан на полосовой диаграмме . Зонная диаграмма обычно показывает изменение валентной зоны и краев зоны проводимости в зависимости от некоторого пространственного измерения, часто обозначаемого x . Энергия Ферми также обычно указывается на диаграмме. Иногда показана собственная энергия Ферми , E i , которая является уровнем Ферми в отсутствие легирования.Эти диаграммы полезны для объяснения работы многих типов полупроводниковых устройств.

Примеры распространенных полупроводниковых приборов

Ниже приведены некоторые примеры полупроводниковых устройств.

Двухконтактные устройства
Трехконтактные устройства
  • Транзистор биполярный
  • Транзистор Дарлингтона
  • Полевой транзистор
  • IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором)
  • SCR (выпрямитель с кремниевым управлением)
  • Тиристор
  • Симистор
  • Однопереходный транзистор
Четырехконтактные устройства
  • Датчик Холла (датчик магнитного поля)
Многоконтактные устройства

См. Также

Список литературы

  • Мюллер, Ричард С.и Теодор И. Каминс. 1986. Device Electronics for Integrated Circuits, 2d, New York: Wiley. ISBN 0471887587
  • Sze, Simon M. * 1981. Физика полупроводниковых приборов (2-е изд.). John Wiley and Sons (WIE) .ISBN 0471056618
  • Терли, Джим. 2002. Основное руководство по полупроводникам. Prentice Hall PTR.ISBN 013046404X
  • Ю., Питер Ю., Мануэль Кардона. 2004. Основы полупроводников: физика и свойства материалов. Springer. ISBN 3540413235

Внешние ссылки

Все ссылки получены 2 ноября 2019 г.


Кредиты

Энциклопедия Нового Света писателей и редакторов переписали и завершили статью Википедия
в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

История Intel® 4004

1969: Назначение

В 1969 году корпорация Nippon Calculating Machine Corporation обратилась к Intel с просьбой разработать 12 нестандартных микросхем для своего нового калькулятора Busicom 141-PF *.Инженеры Intel предложили семейство всего из четырех микросхем, включая один, который можно было бы запрограммировать для использования в различных продуктах, что привело в движение инженерный подвиг, кардинально изменивший ход развития электроники.

Решение Intel

Intel разработала набор из четырех микросхем, известный как MCS-4. Он включал в себя микросхему центрального процессора (ЦП) — 4004, а также микросхему поддерживающей постоянной памяти (ПЗУ) для пользовательских прикладных программ, микросхему оперативной памяти (ОЗУ) для обработки данных и сменный блок. микросхема регистра для порта ввода / вывода (I / O).

1971: Эра интегрированной электроники

Intel приобрела права у Nippon Calculating Machine Corporation и представила процессор Intel® 4004 и его набор микросхем с рекламой в выпуске Electronic News от 15 ноября 1971 года: «Объявление новой эры в интегрированной электронике».

Именно тогда Intel® 4004 стал первым программируемым процессором общего назначения на рынке — «строительным блоком», который инженеры могли приобрести, а затем настроить с помощью программного обеспечения для выполнения различных функций в большом количестве электронных устройств.

известных графических чипов: история графических процессоров Intel

Знаменитые графические чипы: история графических процессоров Intel

Intel пять раз пыталась с 1983 года и еще раз в 2020 году

Intel имеет долгую историю в области графических чипов для ПК и в конце 2020 года анонсировала новый дискретный графический процессор (dGPU) X e Max.Компания предприняла несколько попыток создания дискретного графического чипа, чтобы превзойти лидера рынка, но у нее были непростые времена. Казалось, что они никогда не рассматривали создание dGPU с такой же серьезностью и ресурсами, как ЦП.

Это отношение изменилось. Intel запланировала разработку и внедрение своей линейки X e dGPU. Он был осторожен, чтобы сообщить о своей уверенности, но при этом строго контролировал свои сообщения. Intel объявила о выпуске тонкого и легкого дискретного ноутбука (dGPU), iRIS Xe Max, на Хэллоуин, и, возможно, это стало пугающей новостью для некоторых игроков.

Основные характеристики мобильного dGPU 2020 года приведены в следующей таблице.

Технические характеристики
Название продукта Intel iRIS Xe Максимальная графика
ЕС 96
Частота 1,65 ГГц
Литография 10 нм Superfin
Тип графической памяти LPDDR4x
Объем графической карты 4 ГБ LPX DDR4
Ширина шины графической памяти 128
Пропускная способность графической памяти 68 ГБ / с
PCI Express Гена
Al Опора Intel DLBoost: DP4A *; см. раздел «Что мы думаем?» ниже
СМИ 2 модуля многоформатных кодеков (MFX)
Технология Intel Deep Link Есть
Количество поддерживаемых дисплеев eDP 1.4b, DP 1.4, HDMI 2.0b
Вывод графики 4096 × 2304 при 60 Гц (HDM1 / eDp)
Максимальное разрешение 7680 × 4320 при 60 Гц DP
Глубина пикселя 12-битный HDR
Графические возможности Шейдинг с переменной скоростью, адаптивная синхронизация, асинхронное вычисление
Поддержка DirectX (бета)
Поддержка OpenGL 12,1
Поддержка OpenCL 4.6
Мощность 25 Вт

Таблица 1. Дискретный мобильный графический процессор Intel 2020 года

Intel объединила iRIS Xe Max dGPU со своими новыми мобильными процессорами Intel Core 11-го поколения. Intel утверждает, что новый dGPU обеспечивает аддитивный ИИ. Это означает, что оба графических процессора (новый dGPU и iGPU центрального процессора) могут работать вместе над логическим выводом и рендерингом. И это, по словам Intel, может ускорить рабочие нагрузки по созданию контента в 7 раз.

Intel сравнивает этот первый продукт с Intel Core i7-1065G7 10-го поколения с Nvidia GeForce MX350.

dGPU 2020 предлагает Hyper Encode для кодирования в 1,78 раз быстрее, чем AIB для настольных ПК высокого класса. Для этого теста Intel использовала Intel Core i9-10980HK 10-го поколения с Nvidia GeForce RTX 2080 Super.

Кроме того, iRIS Xe Max работает с Intel Deep Link. Deep Link обеспечивает динамическое разделение власти. С его помощью ЦП может выделить все ресурсы питания и тепла, когда дискретная графика простаивает, что, по словам Intel, приводит к повышению производительности ЦП до 20%.

Intel не новичок в графике, не новичок и определенно не любитель. В Intel работают одни из лучших графических инженеров. И все же, с лучшими фабриками, банковским счетом, о котором другие могут только фантазировать, и брендом, который мог продавать бывшие в употреблении 8-трековые плееры, и все же в прошлом компании не удавалось запустить успешную линейку продуктов для дискретных графических процессоров.

Тем не менее, Intel является крупнейшим продавцом графических процессоров и поставляет больше графических процессоров, чем все ее конкуренты вместе взятые.Возможно, это достижение устроило бы другую компанию, но не Intel.

Рис. 1. Доля рынка поставщиков графики для ПК [1]

Попробуйте повторить попытку

Ниже приводится краткий обзор некоторых из этих усилий, а также то, что мы думаем о текущем предложении.

1982 82720

В 1982 году NEC изменила развивающийся рынок компьютерной графики вместе с выпуском ПК.NEC существенно изменит ранее специализированную и дорогую индустрию компьютерной графики. NEC Information Systems, американское подразделение Nippon Electric Company (ныне NEC), представила контроллер графического дисплея µPD7220 (GDC). NEC начала этот проект в 1979 году и опубликовала доклад по нему в 1981 году на Международной конференции по твердотельным схемам IEEE в феврале 1981 года.

Рисунок 2: Контроллер видеографики SBX275 с микросхемой 82720. (Источник: Multibus International)

Intel лицензировала графические адаптеры NEC, а в июне 1983 года Intel выпустила 82720, клон µPD7220; позже в том же году компания выпустила свою графическую плату iSBX 275 на базе multibus (AIB) с чипом.Intel продолжала предлагать этот продукт до 1986 года. Вы можете узнать больше о почтенном µPD7220. [2]

1986 82786

Intel увидела рост числа дискретных графических контроллеров, таких как µPD7220 от NEC, HD63484 Hitachi и несколько клонов IBM EGA, и пришла к выводу, что именно они должны заполнять этот разъем. Корпорация Intel всегда была и остается намерением предоставить все микросхемы в ПК, и графический контроллер не будет исключением.

В 1986 году компания представила 82786 как интеллектуальный графический сопроцессор, который заменит подсистемы и платы, которые традиционно использовали дискретные компоненты и / или программное обеспечение для графических функций.Разработан для любого микропроцессора, но нацелен на 16-битные Intel 80186 и 80286 и 32-битные 80386.

82786 был графическим сопроцессором СБИС. «Одним из ключевых аппаратных расширений, поддерживающих скорость, необходимую для обработки графики и текста, является графический сопроцессор», — сказал тогда Билл Гейтс. Он использовал VRAM, и Intel заявила, что 82786 может обеспечить практически неограниченную поддержку цвета и разрешения.

Рис. 3. Снимок штампа Intel 82786. (Источник: Commons.wikimedia.org)

Intel 82786 был доступен в виде решетки с одной 88-контактной решеткой или с выводами.Он содержал процессор дисплея с контроллером CRT и блок интерфейса шины с контроллером DRAM / VRAM, поддерживающим 4 МБ памяти. Intel была в игре. [3]

Intel продавала чип как часть продавца, а независимые поставщики AIB создавали на его основе платы. В 1987 году две компании предлагали три AIB с использованием 82786, а к 1988 году десять компаний предлагали 15 AIB с использованием этого чипа. Чип был не таким мощным по сравнению с другими на рынке, наиболее примечательным из которых был TSM34010 от Texas Instruments, и не таким популярным, как IBM VGA и его многочисленные клоны.Intel отозвала чип с выпуском микропроцессора 86486 в 1989 году.

1989 i860

i860 (кодовое название N10) имел несколько отличительных элементов. Он использовал архитектуру очень длинных командных слов (VLIW) с высокоскоростными операциями с плавающей запятой. У него было 32-битное ядро ​​ALU и 64-битный FPU. FPU отличался тем, что имел сумматор и умножитель, а также графический процессор.

Для того времени графическая часть i860 была особенной.Он использовал 64-битный целочисленный процессор и использовал регистры с плавающей запятой для экономии транзисторов — регистры FPU, очевидно, не нужны во время операций INT. В результате Intel смогла предложить возможности SIMD, а также 64-битный INT. Intel извлекла уроки из этой конструкции и использовала некоторые ее функции в следующем модуле MMX в процессоре Pentium.

Рисунок 4: Микропроцессор Intel i860. (Источник: Википедия)

Пара ведущих компаний того периода пыталась использовать i860.Следующий компьютер Стива Джобса имел один в NeXTdimension [4] для запуска стека PostScript, но они так и не запустили его. Они действительно использовали его для раскрашивания и перемещения пикселей.

Truevision была более успешной и построила плату ускорителя пикселей с i860. Они планировали использовать его со своими картами кадрового буфера Targa и Vista, но это не имело большого успеха. В то время Pixar экспериментировала с графическими ускорителями и сделала ускоритель RenderMan, который был намного быстрее 386, на который они подали в суд в качестве хоста. Вероятно, самым большим провалом была попытка SGI использовать некоторые из них в качестве ускорителей RealityEngine для своего геометрического движка.

Такие попытки ускорения графики исчезли из-за закона Морра и улучшений в процессорах x86. Intel тоже потеряла интерес и сосредоточила внимание на процессорах Pentium. Intel прекратила проект i860 в середине 1990-х годов, а затем выпустила i960. Компания объединила его с FPU, чтобы получить i960KB. Чип использовался в нескольких графических терминалах.

1998 i740

Однако одной из наиболее византийских разработок был Intel i740 (кодовое название Auburn).Графический движок был побочным продуктом симулятора, разработанного в Martin Marietta в 1995 году. Они только что объединились с Lockheed и образовали Lockheed Martin Corporation.

В январе 1995 года Lockheed Martin искала некоторую отдачу от своих инвестиций в графику для симуляторов. Для этого компания создала новое подразделение Real3D. Real3D взяла технологию симулятора и создала R3D / 100. Одним из их первых клиентов была Sega. Sega была лидером в производстве игровых автоматов. Sega 2 и 3 имели большой успех, и Lockheed представила успешный продукт.Он использовался в более чем 200 000 игровых автоматов.

В 1997 году Intel приобрела производителя графических чипов для ноутбуков Chips and Technologies за 430 миллионов долларов. Однако продуктов, использующих технологии, полученные в результате слияния, так и не появилось.

Но одна система не является продуктом или компанией, и в мае 1996 года Real3D искала клиентов. Intel искала графику и установила партнерские отношения между Intel, Real3D и Chips and Technologies. План состоял в том, чтобы запустить AIB для ПК, который стал проектом под названием Auburn.В рамках этого проекта был создан графический процессор Intel i740 на базе AGP, который Intel выпустила в 1998 году. Intel также приобрела 20% -ную долю в Real3D.

Рис. 5. Прототип AIB Intel i740 с разъемом AGP. (Источник: www.SSSTjy.com)

К концу 1999 года Intel сделала две вещи: закрыла проект i740 и приобрела активы Real3D у Lockheed Martin. Когда Real3D рухнула, разразился скандал, когда ATI наняла сотрудников, которые не работали с Intel, а затем открыла офис ATI в Орландо (который все еще работает).[5]

С другой стороны, перед продажей своих активов Nvidia 3Dfx подала в суд на Real3D за нарушение патентных прав. Intel умело решила проблему, продав всю интеллектуальную собственность Real3D компании 3Dfx. И в конечном итоге это оказалось в руках Nvidia. Nvidia располагала ресурсами SGI для разработки графики, в том числе 10% -ной долей Real3D. Потом был каскад судебных исков, в том числе и против ATI. Все две компании боролись за патенты Real3D, когда, наконец, в 2001 году было заключено соглашение о перекрестном лицензировании.

Intel покинула рынок дискретных графических чипов для ПК, рынок, на который она вышла менее чем за 18 месяцев до этого, с помпой и мрачными продажами. Компания продолжала производить наборы микросхем для интегрированной графики, в которых стандартный набор микросхем для ПК сочетается с графическим процессором. Эти продукты продавались в компьютерах по цене 1000 долларов и меньше.

Этот опыт вызвал у Intel плохие чувства, и многие в компании заявили, что Intel никогда больше не будет заниматься дискретной графикой. Затем, в 2007 году, Intel еще раз попыталась реализовать проект Larrabee.Это тоже закончилось неудачей, и руководство заявило, что никогда больше (снова ). Большинство из этих людей ушли, и сегодня, в 2019 году, компания производит семейство дискретных графических чипов нового поколения.

1999 i810

Промышленность ожидала, что i810 IGC (82810. под кодовым названием Whitney) будет интегрированной версией i740. Это убеждение основывалось на намеках Intel на то, что i810 будет иметь ядро ​​будущего графического чипа i752 низкого / среднего уровня. I752 стал преемником i740, выпущенного в апреле 1999 года.Intel построила его на 150-нм техпроцессе и графическом процессоре Portola. [6]

Рисунок 6: Набор микросхем Intel 819. (Источник: Википедия)

i810 был одним из самых успешных iGPU Intel и многими считался прорывным продуктом. Intel производила его и настраивала его версии в течение трех лет. Это была архитектура с общей памятью с прямым доступом к основной памяти системы через шину памяти.

2001 Экстремальная графика

Intel начала свое семейство Extreme Graphics с набора микросхем i830 (кодовое название Amador).Разработанные для Pentium III-M, системы использовали старую память SDRAM, ограничивая ее пропускной способностью 1066 МБ / с, как и более ранние графические процессоры. Тактовая частота снизилась с 230 МГц у i815 до 166 МГц на чипсетах Amador для экономии энергии и снижения тепловыделения.

В 2002 году Intel представила набор микросхем i845 (кодовое название Brookdale). Это было началом стремления Intel сделать свои iGPU серьезными соперниками на игровом рынке. I845 имел новый графический аппаратный движок 32bpp. Он использовал технологию Intel Dynamic Video Memory Technology (DVMT) и Intel Zone Rendering.

Рис. 7. Чипсет северного моста Intel i845 оказался на удивление маленьким. (Источник: Википедия)

iGPU имеет два текстурных блока и может создавать четыре текстуры за один проход. Его скорость заполнения составляла от 200 до 266 мегапикселей / с и была совместима с DirectX 8.1. В нем не было никаких вершинных шейдеров (оставляя это на усмотрение ЦП), но он поддерживал отображение рельефа, отображение среды и анизотропную фильтрацию.

2006 Larrabee to Phi

Intel запустила проект Larrabee в 2006 году.Компания намекнула о проекте в 2007 году во время выступления Пола Отеллини, генерального директора Intel на IDF. В то время он сказал, что это будет выпуск 2010 года, и он будет конкурировать с AMD и Nvidia в области высококачественной графики.

Intel официально представила проект Larrabee в 2008 году на конференции Hot Chips. Компания заявила, что у нее будут десятки небольших упорядоченных ядер x86, способных выполнять до 64 потоков. Чип будет сопроцессором для научных вычислений или обработки графики.В то время Intel заявила, что программисты могут определить, как они будут использовать эти ядра в любой момент времени.

Трассировка лучей была одним из демонстрационных приложений для Larrabee. На выставке IDF 2008 Intel показала, что Quake IV запускает трассировку лучей в реальном времени на 16 процессорах.

Рисунок 8: Intel Larrabee. (Источник: Вгамусуем)

Хотя запуск запланирован на период 2009–2010 годов, в декабре 2009 года Intel отменила его. В конце 2009 года ходили слухи, что Larrabee не так хорошо, как ожидалось.В 2010 году Intel признала, что удельная мощность ядер x86 не масштабируется так же, как удельная мощность графического процессора.

Intel сохранила часть работы и представила вычислительный сопроцессор под названием Knight’s bridge Phi.

2009 Уитни

Whitney был первым процессором Intel со встроенным графическим процессором. И Intel была первой, кто представил процессор со встроенным графическим процессором. Его процессоры Clarkdale и Arrandale включали графику Ironlake. Intel заклеймила их как Celeron, Pentium или Core с HD-графикой.Графический процессор имел 12 исполнительных блоков (шейдеров) и мог выдавать до 43,2 GFLOPS на частоте 900 МГц. IGPU может декодировать видео h364 1080p со скоростью до 40 кадров в секунду.

Корпорация Intel создала первую реализацию, Westmere, многочиповое устройство в одном корпусе. В процессоре использовался 32-нм техпроцесс Intel, а в графическом процессоре — 45 нм.

Процессор

Sandy Bridge последовал за Westmere, у которого был монолитный кристалл и встроенный графический процессор.

iGPU с 2010 по 2018 год

Intel продолжала улучшать iGPU в своем процессоре.В 2012 году Intel представила процессор Ivy Bridge с HD 4000 iGPU с шестью исполнительными блоками (EU — шейдеров, ). Компания расширила HD до 10 EU, когда представила CPU Haswell в 2013 году. CPU Broadwell, выпущенный в 2014 году, содержал GTI iGPU с 12 EU. Следующие три версии имели HD Graphics 5300, 5500, 5600 и P5700, в которых использовался чип GT2 с 24 модулями EU. В 2015 году Intel выпустила популярный i7 6700k (под кодовым названием Skylake) с использованием iGPU Broadwell с 24 модулями EU. В 2017 году появился ЦП 7-го поколения 17-7700k (под кодовым названием Kaby Lake) с новым iGPU HD 630 с 24 EU.В 2018 году Intel выпустила ядро ​​9-го поколения 19-9900k (под кодовым названием Coffee Lake) с 18 ядрами ЦП. Чип имеет UHD 630 iGPU (GT2) с 24 унифицированными EU. Intel выпустила специальную версию 19-9900KF, в которой не было iGPU.

2018 озеро Каби G

Intel удивила индустрию, представив процессор Intel со встроенным графическим процессором AMD — i7-8808G, -8709G, -8706G, -8705G и i5-8305G. Это был процессор Intel Core 8-го поколения с графикой Radeon RX Vega M.Компания предлагала две версии. I7-8809G и -8709G имели 24 шейдерных графических процессора с 96 текстурными блоками, а все остальные имели версию с 20 шейдерными 80 текстурными блоками. Они работали на частоте 1,06 ГГц (повышение до 1,19) и 0,93 ГГц (повышение до 1,01).

Рисунок 9: Многочиповый Intel Kaby Lake G. Чип слева — это 4 ГБ HMB2, средний чип — Radeon RX Vega, чип справа — это 8 ядер -го поколения . (Источник: Intel)

Intel прекратила выпуск этой линейки продуктов в январе 2020 года.

2019 Ледяное озеро

i7-10600G7 10-го поколения (кодовое название Sunny Cove) имел iGPU Intel Gen 11 с до 64 EU. Графический процессор работал на частоте 1,1 ГГц, а самая маленькая версия имела 32 EU.

2020 Xe

В конце 2017 года Intel наняла из AMD лидера Radeon Technologies Group Раджу Кодури. Последствия были очевидны. В 2018 году Intel наняла еще нескольких AMD и других людей. И затем, что было большим сюрпризом, в июне 2018 года Intel заявила, что построит dGPU. Позже в 2020 году он получил кодовое название Arctic Sound.Чип будет охватывать как центры обработки данных, так и игровые приложения для ПК начального уровня. Intel объявила, что это будет вычислительное устройство с графическим процессором в суперкомпьютере Ponte Vecchio.

В течение 2020 года компания представила процессор 11-го поколения (кодовое название Tiger Lake) с Xe iGPU. Intel заявила, что архитектура iGPU 11-го поколения с 96 EU была такой же, как и во всех будущих dGPU Xe. В октябре 2019 года Intel сообщила (через Twitter), что протестировала свой первый dGPU под кодовым названием DG1. А в конце октября она анонсировала первый продукт с dGPU — Intel iRIS Xe Max.

Рис. 10. Intel iRIS Xe Max dGPU для тонких и легких ноутбуков. (Источник: Intel)

dGPU начального уровня будет использоваться в тонких и легких ноутбуках. Acer предложит Swift 3X, Asus и Dell Inspiron 15 7000 2-in-1 были первыми OEM-производителями, которые анонсировали свои продукты. Компания обещала другие запчасти на базе Xe к 2021 году.

Что мы думаем?

В большинстве предыдущих приключений Intel с графикой, особенно с дискретными графическими элементами, масштабирование было проблемой.Продукты, которые попали на рынок, были спотовыми продуктами со средними или посредственными характеристиками. У них не было места для головы и возможности масштабирования. Последние три поколения iGPU от Intel были разными. Они очень хорошо продемонстрировали масштабирование и использование процессов.

Intel заявляет, что будет предлагать dGPU X e от начального уровня (например, нынешний iRIS Xe Max) до ускорителей суперкомпьютеров, таких как Porte Vecchio. На бумаге это выглядит хорошо, но сделать это практически невозможно.Единственное, что могут разделять нынешние iRIS Xe Max и Porte Vecchio, — это базовый ALU в скалере. Кеши, контроллеры памяти, диспетчеры шин, видеовыходы, синхронизация и множество других компонентов будут отличаться по мере перемещения от одного сегмента продукта к другому.

Однако корни Intel DG1 iRIS Xe Max лежат в iGPU Intel в 10 процессорах th и 11 th gen. Это доказательство исходит от типа памяти, используемой iRIS Xe Max — LPX DDR4 вместо DGGR.Итак, прямо здесь мы видим масштабирующую стену.

Intel обещает более надежный dGPU, DG2, в начале 2021 года. Компания подразумевала, что это будет настольная часть и будет использовать GDDR 6. Но помните, что на рынке настольных dGPU есть четыре отдельных сегмента: low-end, mid- диапазон, high-end и рабочая станция. Удовлетворение требований каждого из тех сегментов, которые раскрывают способность дизайна к масштабированию. Масштабируемость была одной из причин, по которой проект Ларраби

был убит.

Intel признает наличие проблемы.« Ни один транзистор не является оптимальным для всех проектных точек », — сказал главный архитектор Раджа Кодури. «Транзистор, который нам нужен для высокопроизводительного настольного процессора, чтобы достигать сверхвысоких частот, сильно отличается от транзистора, который нам нужен для высокопроизводительных интегрированных графических процессоров».

Рис. 11. Усовершенствованная упаковка заключается в смешивании и подборе правильных транзисторов для каждого приложения, чтобы ускорить вывод на рынок при максимальной производительности. (Источник: Intel)

Однако на этот раз все может быть иначе.Начиная с Larrabee, Intel разработала свой Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB).

Конструкторы помещают гетерогенные штампы на одну упаковку до EMBI. Дизайнеры использовали несколько матриц для максимальной производительности или набора функций. Конструкторы использовали переходник, который имел провода через переходник для связи. Кремниевые переходные отверстия (TSV) проходили через переходник в подложку, которая составляла основу корпуса; часто называют упаковкой 2.5D.

EMIB отказывается от промежуточного устройства в пользу крошечных кремниевых мостиков , встроенных в слой подложки.Мосты содержат микровыступы, которые обеспечивают соединение «штамп-штамп». Intel продемонстрировала это с реализацией FPGA под названием Straatix.

Рисунок 12: EMIB создает соединение высокой плотности между Stratix 10 FPGA и двумя матрицами приемопередатчика. (Источник: Intel)

Кремниевые мосты дешевле, чем переходники. Одним из первых продуктов Intel со встроенными мостами был Kaby Lake G (см. Раздел «2018 Kaby Lake G» выше). Ноутбуки на базе Kaby Lake G считались дорогими.Однако они продемонстрировали, что EMIB от Intel может работать с разнородными матрицами в одном корпусе. Во-первых, он объединяет ценное пространство на плате. Он также может улучшить производительность и снизить стоимость по сравнению с дискретными компонентами. Kaby Lake G использовала матрицу трех разных литейных производств. Это была фундаментальная работа, которую Intel сделала для разработки чиплетов. А дизайн чиплетов — это то, как Intel будет масштабировать процессоры Xe dGPU (плитки) для различных сегментов. Кроме того, поскольку Intel создает DG2 по 7-нм техпроцессу в TSMC, взаимодействие нескольких кристаллов и производителей оборудования имеет решающее значение.

Intel называет это шиной расширенного интерфейса (AIB) между его основной структурой и каждой плиткой.

Foveros позволяет Intel выбрать лучшую техпроцесс для каждого уровня в стеке. В процессоре Lakefield была первая реализация Foveros. Он включает в себя процессорные ядра, управление памятью и графику с использованием 10-нм кристалла. Этот чипсет находится наверху базового кристалла, который включает функции, обычно присутствующие в концентраторе контроллера платформы (например, аудио, хранилище, PCIe и т. Д.).). Для этих процессоров Intel использует маломощные 14-нм процессоры. Микро-выступы подключают питание и связь через TSV в базовом кристалле. Затем Intel помещает память LPDDR4X от одного из своих партнеров на вершину стека.

Intel

Xe может стать тем, что компания обещала в 2019 году — масштабируемой архитектурой. Тот, который может удовлетворить потребности высокопроизводительных вычислений на графических процессорах до низкопроизводительных, тонких и легких. [7], [8] Общая архитектура, которая может совместно использовать один драйвер и жить на основе концепции Intel One API. [9]

Рисунок 13: Intel планирует охватить весь рынок dGPU (Источник Intel)

Intel продемонстрировала в прошлом своими спотовыми продуктами, что может привлечь внимание отрасли, но также продемонстрировала нежелание платить цену, чтобы стать победителем (даже при том, что она потратила чертовски много денег).У Intel все та же культура, и объем производства всегда имеет первостепенное значение. Несколько миллионов высокопроизводительных dGPU не привлекут внимания производства, и уж тем более финансового директора. Выгрузка dGPU на внешнюю фабрику — это целесообразность, которую Intel исправит, как только она вырастет до скорости 5 нм. И тогда компании придется столкнуться с огромными накладными расходами COG и Intel — на несколько миллионов деталей. Перспективы руководства Intel и культуры «мертвых в шерсти», способные выстоять в такой ситуации, не особенно хороши, даже если построенный TSMC dGPU является звездным исполнителем.

[1] Педди, Джон, Обзор рынка за 2 квартал 2020 г. , 24 сентября 2020 г.

[2] Педди, Джон, Известные графические чипы: Графический контроллер дисплея NEC µPD7220 , https://www.computer.org/publications/tech-news/chasing-pixels/famous-graphics-chips

[3] Педди, Джон, Знаменитые графические чипы: Intel 82786 Первый сопроцессор дискретной графики Intel , https://www.computer.org/publications/tech-news/chasing-pixels/Famous-Graphics-Chips-Intels- 82786-Intels-Первый дискретный графический сопроцессор

[4] https: // en.wikipedia.org/wiki/NeXTdimension

[5] Педди, Джон, Известные графические чипы: Intel740 , https://www.computer.org/publications/tech-news/chasing-pixels/famous-graphics-chips-Intel740

[6] Педди, Джон, Известные графические чипы: интегрированный графический контроллер , https://www.computer.org/publications/tech-news/chasing-pixels/the-integrated-graphics-controller.

[7] Педди, Джон, Intel представляет дискретный графический процессор на базе архитектуры Xe для HPC , https: // www.jonpeddie.com/report/intel-unveils-xe-architecture-based-discrete-gpu-for-hpc/

[8] Педди, Джон, Intel представляет гибридный процессор для ноутбуков: трехмерное наложение и очень низкое энергопотребление, характерные для нового , https://www.jonpeddie.com/report/intel-launches-hybrid-notebook-processor/

[9] Педди, Джон, Многослойный чип Intel сексуален , https://www.jonpeddie.com/report/intels-stacked-chip-is-sexy/

Джон Педди — признанный пионер в графической индустрии, президент Jon Peddie Research, названный одним из самых влиятельных аналитиков в мире.Он читает лекции на многочисленных конференциях и в университетах по темам, относящимся к графическим технологиям и новым тенденциям в цифровых медиа-технологиях. Бывший президент Siggraph Pioneers, он является членом консультативных советов нескольких конференций, организаций и компаний, а также публикует статьи для многочисленных публикаций. В 2015 году он был удостоен награды за заслуги перед обществом CAAD. На сегодняшний день Педди опубликовал сотни статей; и автор и участник 11 книг, его самая последняя, ​​ Ray Tracing: инструмент для всех .

Зал славы чипов

: Микропроцессор Intel 4004

Как и Enigma, HX-63 был электромеханической системой шифрования, известной как роторная машина. Это была единственная электромеханическая роторная машина, когда-либо созданная CAG, и она была намного более совершенной и безопасной, чем даже знаменитые Enigmas. Фактически, это была, пожалуй, самая безопасная роторная машина из когда-либо построенных. Мне очень хотелось заполучить один, но я сомневался, что когда-нибудь это сделаю.

Перенесемся в 2010 год. Я нахожусь в грязном третьем подвале на базе французской военной связи.В сопровождении двухзвездных генералов и офицеров связи я вхожу в охраняемую комнату, заполненную древними военными радиоприемниками и шифровальными машинами. Вуаля! Я поражен, увидев Crypto AG HX-63, который не узнавали в течение десятилетий и отправили на пыльную, тускло освещенную полку.

Я осторожно извлекаю 16-килограммовую (35-фунтовую) машину. С правой стороны есть ручная рукоятка, позволяющая машине работать вдали от электросети. Когда я осторожно поворачиваю его, набирая на механической клавиатуре, девять роторов выдвигаются, и тисненые печатные колеса слабо ударяют по бумажной ленте.Я тут же решил сделать все, что в моих силах, чтобы найти HX-63, который я мог бы привести в рабочее состояние.

Если вы никогда не слышали о HX-63 до сих пор, не расстраивайтесь. Большинство профессиональных криптографов никогда об этом не слышали. И все же он был настолько безопасен, что его изобретение встревожило Уильяма Фридмана, одного из величайших криптоаналитиков всех времен, а в начале 1950-х годов — первого главного криптолога США.С. Агентство национальной безопасности (АНБ). Прочитав патент Хагелина 1957 года (подробнее об этом позже), Фридман понял, что HX-63, тогда находившийся в разработке, был, во всяком случае, более безопасным, чем собственный KL-7 АНБ, который тогда считался небьющимся. Во время холодной войны АНБ построило тысячи самолетов KL-7, которые использовались всеми военными, дипломатическими и разведывательными агентствами США с 1952 по 1968 год.

Причины беспокойства Фридмана понять достаточно легко. В
HX-63 имел около 10 600 возможных комбинаций клавиш; Говоря современным языком, это эквивалентно двоичному ключу длиной 2000 бит.Для сравнения: Advanced Encryption Standard, который сегодня используется для защиты конфиденциальной информации в правительстве, банковском секторе и многих других секторах, обычно использует 128- или 256-битный ключ.

В центре литой алюминиевой основы шифровальной машины HX-63 находится прецизионный швейцарский мотор-редуктор постоянного тока. Также видны источник питания [внизу справа] и функциональный переключатель [слева], который используется для выбора режима работы — например, шифрование или дешифрование. Питер Адамс

Для HX-63 доступно 12 различных роторов, девять из которых используются одновременно.Ток течет в один из 41 позолоченных контактов на стороне меньшего диаметра ротора, через проводник внутри ротора, выходит через позолоченный контакт на другой стороне, а затем в следующий ротор. Приращение каждого ротора программируется установочными штифтами, которые видны только на горизонтальном роторе.
Питер Адамс

Не меньшее беспокойство вызывало то, что CAG была частной швейцарской компанией, продававшей ее любому правительству, бизнесу или физическому лицу. В АНБ работа Фридмана заключалась в обеспечении того, чтобы U.Правительство С. имело доступ к секретным, зашифрованным сообщениям всех правительств и угроз по всему миру. Но трафик, зашифрованный HX-63, невозможно будет взломать.

Фридман и Хагелин были хорошими друзьями. Во время Второй мировой войны Фридман помог сделать Хагелина очень богатым человеком, предложив изменения в одной из шифровальных машин Хагелина, что позволило армии США получить лицензию на патенты Хагелина. Получившаяся машина,
M-209-B стал рабочей лошадкой во время войны, было выставлено около 140 000 единиц.В течение 1950-х годов тесные отношения Фридмана и Хагелина привели к ряду договоренностей, известных под общим названием «джентльменское соглашение» между американской разведкой и швейцарской компанией. Хагелин согласился не продавать свои самые безопасные машины странам, указанным разведкой США, которые также получили секретный доступ к машинам Crypto, планам, записям продаж и другим данным.

Но в 1963 году CAG начала продавать HX-63, и Фридман встревожился еще больше. Он убедил Хагелина не производить новое устройство, хотя на проектирование машины ушло более десяти лет, и было построено всего около 15, большинство из них для французской армии.Однако 1963 год был интересным годом для криптографии. Машинное шифрование приближалось к распутью; Стало ясно, что будущее за электронным шифрованием. Даже такая великолепная роторная машина, как HX-63, скоро устареет.

Это было проблемой для CAG, которая никогда не создавала электронных шифровальных машин. Возможно, отчасти из-за этого в 1966 году отношения между CAG, АНБ и ЦРУ вышли на новый уровень. В том же году АНБ предоставило своему швейцарскому партнеру систему электронного шифрования, которая стала основой машины CAG под названием H-460.Представленная в 1970 году машина оказалась неудачной. Однако в CAG произошли большие изменения: в том же году ЦРУ и Федеральная разведывательная служба Германии тайно приобрели CAG за 5,75 миллиона долларов США. (Также в 1970 году сын Хагелина Бо, который был менеджером по продажам компании в Америке и выступал против сделки,
погиб в автокатастрофе недалеко от Вашингтона, округ Колумбия)

Хотя H-460 потерпел неудачу, на смену ему пришла машина под названием H-4605, тысячи экземпляров которой были проданы.H-4605 был разработан при содействии АНБ. Для генерации случайных чисел он использовал несколько регистров сдвига на основе появившейся тогда технологии КМОП-электроники. Эти числа не были истинными случайными числами, которые никогда не повторяются, а скорее псевдослучайными числами, которые генерируются математическим алгоритмом из начального «начального числа».

Этот математический алгоритм был создан АНБ, поэтому оно могло расшифровать любые сообщения, зашифрованные машиной. Говоря простым языком, машины были «задекламированы».«Это было началом новой эры для CAG. С тех пор ее электронные машины, такие как серия HC-500, тайно разрабатывались АНБ, иногда с помощью корпоративных партнеров, таких как Motorola. операция имела кодовое название
Рубикон. Бэкдор всех машин CAG продолжался до 2018 года, когда компания была ликвидирована.

Части этой истории всплыли в утечках сотрудников CAG до 2018 года и, особенно, в последующем расследовании, проведенном
Washington Post и пара европейских вещателей,
Zweites Deutsches Fernsehen в Германии и Schweizer Radio und Fernsehen в Швейцарии.Статья Post , опубликованная 11 февраля 2020 года, вызвала огненные штормы в области криптологии, информационной безопасности и разведки.

Эти разоблачения сильно повредили швейцарской репутации осторожности и надежности. Они инициировали гражданские и уголовные тяжбы и расследование, проведенное швейцарским правительством, и только в мае этого года привели к
отставка главы швейцарской разведки Жана-Филиппа Годена, который поссорился с министром обороны из-за того, как были обработаны разоблачения.Фактически, есть интересная параллель с нашей современной эпохой, когда бэкдоры становятся все более распространенными, а ФБР и другие разведывательные и правоохранительные органы США время от времени спорят с производителями смартфонов из-за доступа к зашифрованным данным на телефонах.

Еще до этих открытий я был глубоко очарован HX-63, последней из великих роторных машин. Поэтому я с трудом мог поверить в свою удачу в 2020 году, когда после многих лет переговоров я приобрел HX-63 для своих исследований для
Association des Réservistes du Chiffre et de la Sécurité de l’Information, парижская профессиональная организация криптографов и специалистов по информационной безопасности.Этот конкретный агрегат, отличный от того, что я видел десятью годами ранее, оставался нетронутым с 1963 года. Я немедленно начал планировать восстановление этой исторически резонирующей машины.

Люди использовали коды и шифры для защиты конфиденциальной информации в течение нескольких тысяч лет. Первые шифры основывались на ручных расчетах и ​​таблицах. В 1467 году было представлено механическое устройство, которое стало известно как шифровальное колесо Альберти. Затем, сразу после Первой мировой войны, произошел грандиозный прорыв, один из величайших в истории криптографии: Эдвард Хеберн в Соединенных Штатах, Хьюго Кох в Нидерландах и Артур Шербиус в Германии, с интервалом в несколько месяцев друг от друга, запатентовали электромеханические машины, которые использовали роторы для шифрования сообщений.Так началась эра роторных машин. Машина Шербиуса стала основой знаменитой Enigma, используемой немецкими военными с 1930-х годов до конца Второй мировой войны.

Чтобы понять, как
роторная машина работает, сначала вспомните основную цель криптографии: замену каждой буквы в сообщении, называемом открытым текстом, другими буквами, чтобы создать нечитаемое сообщение, называемое зашифрованным текстом. Недостаточно делать одну и ту же замену каждый раз — заменяя каждый F на Q , например, и каждые K на H .Такой моноалфавитный шифр легко разгадать.

Роторная машина решает эту проблему, используя — как вы уже догадались — роторы. Начните с круглого диска диаметром примерно с хоккейную шайбу, но тоньше. На обеих сторонах диска, равномерно расположенных по краю, расположены 26 металлических контактов, каждый из которых соответствует букве английского алфавита. Внутри диска есть провода, соединяющие контакт на одной стороне диска с другим на другой стороне. Диск электрически подключен к клавиатуре пишущей машинки.Когда пользователь нажимает клавишу на клавиатуре, скажите
W , электрический ток течет в положение W на одной стороне ротора. Ток проходит через провод в роторе и выходит в другом месте, скажем, L . Однако после этого нажатия клавиши ротор поворачивается на одно или несколько положений. Таким образом, в следующий раз, когда пользователь нажмет ключ W , письмо будет зашифровано не как L , а как другая буква.

Такая простая однороторная машина, хотя и сложнее, чем простая замена, для опытного криптоаналитика будет детской игрой.Таким образом, роторные машины использовали несколько роторов. Версии Enigma, например, имели либо три, либо четыре ротора. Во время работы каждый ротор перемещался с разными интервалами относительно других: нажатие клавиши могло переместить один или два ротора, или все они. Операторы еще больше усложнили схему шифрования, выбрав из ассортимента роторов, каждый с разной проводкой, для вставки в свои машины. Машины Military Enigma также имели коммутационную панель, которая меняла местами определенные пары букв как на вводе с клавиатуры, так и на выходных лампах.

Эра роторных машин окончательно закончилась примерно в 1970 году с появлением электронного и программного шифрования, хотя советская роторная машина называлась
Фиалка была развернута еще в 80-е годы.

HX-63 расширил границы криптографии. Во-первых, он имеет ряд из девяти съемных роторов. Также есть «модификатор», набор из 41 поворотного переключателя, каждый с 41 позицией, который, как коммутационная панель на Enigma, добавляет еще один уровень, неизменное шифрование, к шифрованию.Приобретенный мною блок имеет основание из литого алюминия, блок питания, моторный привод, механическую клавиатуру и принтер с бумажной лентой, предназначенный для отображения как вводимого текста, так и зашифрованного или дешифрованного текста. Переключатель управления функциями на базе переключает между четырьмя режимами: выключено, «очистка» (проверка), шифрование и дешифрование.

В режиме шифрования оператор вводит открытый текст, и зашифрованное сообщение распечатывается на бумажной ленте. Каждая буква открытого текста, набранная на клавиатуре, зашифровывается в соответствии с множеством перестановок банка ротора и модификатора, чтобы получить букву зашифрованного текста.В режиме дешифрования процесс обратный. Пользователь вводит зашифрованное сообщение, и как исходное, так и расшифрованное сообщение печатаются на бумажной ленте, символ за символом и рядом друг с другом.

При шифровании или дешифровании сообщения HX-63 печатает как исходное, так и зашифрованное сообщение на бумажной ленте. Синие колеса сделаны из впитывающей пены, которая впитывает чернила и наносит их на тисненые печатные колеса. Питер Адамс

Под девятью роторами на HX-63 находятся девять ключей, которые разблокируют каждый ротор, чтобы установить начальное положение ротора перед запуском сообщения.Эта начальная позиция — важный компонент криптографического ключа. Питер Адамс

Чтобы начать шифрование сообщения, вы выбираете девять роторов (из 12) и устанавливаете штифты ротора, которые определяют шаговое движение роторов относительно друг друга. Затем вы помещаете роторы в машину в определенном порядке справа налево и устанавливаете каждый ротор в определенное начальное положение. Наконец, вы устанавливаете каждый из 41 переключателя-модификатора в заранее определенное положение.Чтобы расшифровать сообщение, те же роторы и настройки вместе с модификатором должны быть воссозданы на идентичной машине получателя. Все эти положения, соединения и настройки роторов и модификатора вместе известны как ключи.

HX-63 включает в себя, помимо рукоятки, никель-кадмиевую батарею для работы цепи ротора и принтера при отсутствии сетевого питания. Линейный источник питания 12 В постоянного тока питает двигатель и принтер и заряжает аккумулятор.Прецизионный 12-вольтовый двигатель работает непрерывно, приводя в движение роторы и вал принтера через редуктор и муфту. Нажатие клавиши на клавиатуре приводит к механическому упору, поэтому зубчатый привод приводит в движение машину за один цикл, вращая вал, который продвигает роторы и печатает символ.

В принтере есть два колеса с рельефным алфавитом, которые вращаются при каждом нажатии клавиши и останавливаются на нужной букве с помощью четырех соленоидов и храповых механизмов. Механические датчики вала, получающие питание от блока ротора и клавиатуры, определяют положение печатных колес алфавита и останавливают вращение на нужной букве.Каждое колесо алфавита имеет собственный кодировщик. Один комплект печатает ввод на левой половине бумажной ленты; другой распечатывает результат на правой стороне ленты. После остановки колеса алфавита кулачок освобождает печатный молоток, который ударяет бумажной лентой по рельефной букве. На последнем шаге мотор продвигает бумажную ленту, завершая цикл, и машина готова к следующему письму.

Когда я начал восстанавливать HX-63, , я быстро осознал масштаб задачи.Пластиковые шестерни и резиновые детали изношены до такой степени, что механическое напряжение при работе с приводом от двигателя могло легко их разрушить. Запасных частей не существует, поэтому мне пришлось делать такие детали самому.

Очистив и смазав машину, я нажал несколько клавиш на клавиатуре. Я был рад увидеть, что все девять роторов шифров повернулись, и машина напечатала несколько символов на бумажной ленте. Но распечатка периодически была пустой и искаженной. Я заменил ржавую никель-кадмиевую батарею и перемонтировал силовой трансформатор, а затем постепенно включил питание переменного тока.К моему удивлению, двигатель, роторы и принтер работали всего за несколько нажатий клавиш. Но внезапно раздался скрежет шестеренок, и из машины вылетели битые пластмассовые биты. Печать вообще прекратилась, и мое сердцебиение тоже почти остановилось.

Я решил разобрать HX-63 на модули: взлетел блок ротора, затем принтер. База содержит клавиатуру, блок питания и элементы управления. Глубоко внутри принтера находились четыре пластиковых «демпфера», которые смягчают и устанавливают рычаги, останавливающие храповые колеса, на указанной букве.Эти амортизаторы распались. Кроме того, поролоновые диски, которыми чернили колеса алфавита, разлагались, и липкие частицы забивали колеса алфавита.

Я сделал несколько счастливых случайных находок. Чтобы восстановить сломанные детали принтера, мне понадобилась плотная резиновая трубка. Я обнаружил, что широко доступный неопреновый вакуумный шланг работает отлично. Используя сверлильный станок и стальной стержень в качестве оправки, я разрезал шланг на точные 10-миллиметровые отрезки. Но пространство глубоко внутри принтера, где должны быть пластиковые демпферы, было заблокировано множеством валов и рычагов, снимать и заменять их было слишком рискованно.Поэтому я использовал плоскогубцы с прямым углом и стоматологические инструменты, чтобы переместить новые амортизаторы под механизм. После нескольких часов ловкой операции мне удалось установить амортизаторы.

Чернильные круги были сделаны из необычной пористой пены. Я протестировал множество заменяющих материалов, остановившись, наконец, на цилиндре из плотного синего пенопласта. Увы, у него была гладкая поверхность с закрытыми ячейками, которая не впитывала чернила, поэтому я отшлифовал поверхность грубой наждачной бумагой.

После еще нескольких таких исправлений я столкнулся с еще одной проблемой: застреванием бумажной ленты.Я загрузил новый рулон бумажной ленты, но не заметил, что у этого рулона сердцевина немного меньше. Лента схватилась, порвалась и застряла под колесами алфавита, глубоко закопанная и недоступная. Я был в тупике, но потом сделал замечательное открытие. HX-63 поставляется с тонкими полосками из нержавеющей стали с зазубренными краями, специально разработанными для извлечения застрявшей бумажной ленты. Наконец-то я устранил замятие, и восстановление было завершено.

Одной из причин, по которой HX-63 был настолько дьявольски безопасным, был метод, называемый повторной инъекцией, который увеличивал его безопасность в геометрической прогрессии.Роторы обычно имеют позицию для каждой буквы алфавита, которую они предназначены для шифрования. Таким образом, типичный ротор для английского языка будет иметь 26 позиций. Но у ротора HX-63 41 позиция. Это связано с тем, что при повторном вводе (также называемом повторным входом) используются дополнительные пути цепи, помимо тех, которые используются для букв алфавита. В HX-63 есть 15 дополнительных путей.

Вот как работает реинжекция в HX-63. В режиме шифрования ток проходит в одном направлении через все роторы, каждый из которых вносит уникальную перестановку.После выхода из последнего ротора ток возвращается обратно через тот же ротор, чтобы пройти обратно через все роторы в противоположном направлении. Однако, когда ток проходит обратно через роторы, он следует по другому маршруту, через 15 дополнительных цепей, отведенных для этой цели. Точный путь зависит не только от подключения роторов, но и от положения 41 модификатора. Таким образом, общее количество возможных конфигураций схемы равно 26! х 15 !, что равняется примерно 5,2 х 10
38 .И каждое из девяти внутренних соединений роторов можно перемонтировать на 26! различные пути. Кроме того, приращение роторов контролируется серией из 41 механического штифта. Сложите все вместе, и общее количество различных комбинаций клавиш составит около 10 600 .

Такой сложный шифр не только нельзя было взломать в 1960-х, но и сегодня его было бы чрезвычайно сложно взломать. Впервые реинжекция была использована на роторной машине KL-7 АНБ. Техника была изобретена во время Второй мировой войны Альбертом В.Малый, в Службе разведки сигналов армии США. Это было предметом секретного патента, который Смолл подал в 1944 году и который, наконец, был выдан в 1961 году (No.
2 984 700).

Между тем, в 1953 году Хагелин подал заявку на патент США на метод, который он намеревался использовать в том, что стало HX-63. Возможно, это удивительно, учитывая, что на этот метод уже была подана патентная заявка Смолла, Хагелин получил свой патент в 1957 году (No.
2 802 047). Фридман, со своей стороны, все время был встревожен тем, что Хагелин использовал повторную инъекцию, потому что эта техника использовалась в целом ряде жизненно важных U.S. cipher машин, и потому что это было большой угрозой для способности АНБ по желанию прослушивать правительственные и военные сообщения.

Серия встреч между Фридманом и Хагелином, которые привели к отмене HX-63, была упомянута в биографии Фридмана 1977 года.
The Man Who Broke Purple , Рональд Кларк, и он был дополнительно детализирован в 2014 году через раскрытие АНБ.
Коллекция Уильяма Фридмана.

После карьеры инженера-электрика и изобретателя писатель Джон Д.Сейчас Пол исследует, пишет и читает лекции по истории цифровых технологий, особенно по шифрованию. В 1970-х он начал собирать старинные электронные инструменты, такие как осциллографы Tektronix и анализаторы спектра Hewlett-Packard, которые можно увидеть здесь.

Питер Адамс

Разоблачение секретных сделок Crypto AG с американской разведкой, возможно, вызвало ожесточенный скандал, но, если смотреть с другой стороны, Рубикон также был одним из
самые успешные шпионские операции в истории — и предшественник современных бэкдоров.В настоящее время не только спецслужбы используют бэкдоры и перехватывают «безопасные» сообщения и транзакции. Функция «телеметрии» Windows 10 постоянно отслеживает активность и данные пользователя. Apple Mac тоже небезопасна. Время от времени распространяется вредоносное ПО, позволяющее злоумышленникам получить контроль над Mac; Ярким примером был Backdoor.MAC.Eleanor, примерно в 2016 году. А в конце 2020 года компания по кибербезопасности FireEye сообщила, что вредоносное ПО открыло бэкдор в платформе SolarWinds Orion, которая используется в цепочках поставок и на государственных серверах.Вредоносная программа под названием SUNBURST была первой из серии вредоносных атак на Orion. Полный размер повреждений пока неизвестен.

Аппарат HX-63 , который я восстановил, сейчас работает примерно так же, как в 1963 году. Мне еще предстоит утомиться от телетайпного звука мотора и щелканья клавиатуры. Хотя я так и не реализовал свою юношескую мечту стать секретным агентом, я в восторге от этого маленького проблеска того давнего очаровательного мира.

И есть даже приписка.Недавно я обнаружил, что мой контакт в Crypto AG, которого я назову «C», также был офицером безопасности в швейцарских спецслужбах. И поэтому в течение десятилетий, работая на высших уровнях Crypto AG, «C» был обратный канал к ЦРУ и швейцарским спецслужбам, и даже имел кодовое имя ЦРУ. Мой старый ироничный швейцарский друг все время знал обо всем!

Эта статья появится в сентябрьском выпуске 2021 года под названием «Последняя роторная машина».

Для дальнейшего исследования

Дело Crypto AG было описано в паре шведских книг.Один из них был
Borisprojektet: århundradets största spionkupp: NSA och ett svensk snille lurade en hel värld [перевод: The Boris Project: Крупнейший шпионский переворот века: АНБ и шведский гений обманули весь мир ], 2016, Sixten Svensson Vaktelförlag, ISBN 978-91-982180-8-4.

Также в 2020 году швейцарский редактор и автор Рес Штреле опубликовал
Verschlüsselt: Der Fall Hans Bühler [перевод : Зашифровано: Дело Ганса Бюлера ], а затем Operation Crypto.Die Schweiz im Dienst von CIA und BND [ Operation Crypto: Switzerland in the Service of CIA and BND ].

История Intel

В настоящее время Intel — одна из самых мощных и влиятельных технологических компаний, когда-либо существовавших. Компания не только отвечает за создание и развитие полупроводниковых чипов, отвечающих за функционирование всех основных компьютеров, но и основана самим Гордоном Муром (из «Закона Мура»).Несмотря на то, что многое из того, что стало нормой в нашем обществе, является результатом инноваций этой конкретной компании, немногие знают историю создания одного из крупнейших и наиболее ценных полупроводниковых чипов в мире, микропроцессора, набора микросхем материнской платы, контроллера сетевого интерфейса, производители интегральных схем, флэш-памяти, графических чипов и встроенных процессоров.

Компания Intel, основанная в 1968 году в Маунтин-Вью, Калифорния, химиком Гордоном Э. Муром и физиком Робертом Нойсом, началась как рискованный проект, которым руководили два изобретателя после того, как они покинули Fairchild Semiconductor и основали свою собственную компанию.Компанию почти назвали «Мур Нойс», что означает «больше шума», но от названия быстро отказались, когда двое мужчин поняли, что шум в электронике обычно ассоциируется с плохо сделанными продуктами, и поэтому название не подходит для их предприятие. Они изменили название на NM Electronics, а затем переименовали его в Integrated Electronics или для краткости «Intel».

Intel начала отличаться своей способностью производить полупроводники для электроники.Его первый продукт, биполярная 64-разрядная статическая память с произвольным доступом (SRAM) Шоттки 3101 TTL, работала почти в два раза быстрее, чем конкурирующие реализации диодов Шоттки, выпущенные Fairchild и Электротехнической лабораторией. В том же 1969 году Intel выпустила свою биполярную 1024-битную постоянную память (ROM) Шоттки 3301, а также первый в истории коммерческий металл-оксидно-полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) SRAM с кремниевым затвором, 256-битную микросхему SRAM. немного, чтобы когда-либо выйти на рынок. Другими словами, с момента основания компании было ясно, что у Intel есть ноу-хау, чтобы конкурировать на рынке электроники.

Чуть больше времени потребовалось компании, чтобы построить свою производственную инфраструктуру и расширить свое присутствие в США и во всем мире. Intel потребовалась большая часть 1970-х, чтобы догнать более устоявшиеся компании, но все это время она выпускала важные инновации, которые произвели революцию в области электроники.

Например, в 1971 году Intel создала первый коммерчески доступный микропроцессор под названием Intel 4004. В 1972 году она также выпустила один из первых микрокомпьютеров в мире.Общая бизнес-модель Intel на протяжении десятилетий менялась много раз.

В 1980-х годах ее бизнес поддерживался в основном за счет способности производить микросхемы динамической памяти с произвольным доступом. Однако в конечном итоге японские производители полупроводников смогли конкурировать с Intel таким образом, чтобы существенно снизить прибыльность этого конкретного направления бизнеса. Гордон Мур рассчитывал на успех IBM с персональными компьютерами (которые были основаны на микропроцессорах Intel) и решил перевести компанию на микропроцессоры и найти способы реструктуризации этой бизнес-модели.Оглядываясь назад, многие бизнес-аналитики связывают успех Intel с предвидением Мура в этом вопросе, а также с его решением использовать чип Intel 386 как единственный источник.

К концу 1980-х годов Intel подготовилась к десятилетию абсолютно беспрецедентного роста, заняв очень прибыльное место в качестве основного и наиболее прибыльного поставщика оборудования для индустрии ПК. Другими словами, Intel поставляла микропроцессоры как IBM, так и конкурентам IBM, когда рынок персональных компьютеров резко вырос и испытал собственный взрыв.В 1991 году Intel также начала очень успешную рекламную кампанию, известную как «Intel Inside». Он удачно сочетал лояльность к бренду с выбором потребителей, сделав себя нарицательным на протяжении 90-х годов.

С тех пор Intel пережила взлеты и падения, но она остается одним из самых узнаваемых и уважаемых брендов электроники на рынке.

Краткая история процессоров Intel, часть 1: от 4004 до Pentium Pro

Этот сайт может получать партнерские комиссии за ссылки на этой странице.Условия эксплуатации.

Чтобы отпраздновать 42-ю годовщину 8086 и дебюта архитектуры x86, мы публикуем наши предыдущие ретроспективы по некоторым из наиболее важных процессоров Intel. В этой статье мы собрали первые десятилетия истории — от 4004 в 1971 году до Pentium Pro в 1994 году.Этот период охватывает первые две эпохи закона Мура (концепция, которую мы обсуждали в другом месте), в которых дискретные возможности были быстро интегрированы в одну непрерывную пластину, а затем, по мере того, как количество транзисторов микропроцессора и тактовая частота продолжали расти.

Сегодня чипы x86 являются основой современных вычислений. ARM может доминировать в индустрии смартфонов, но облачные сервисы и платформы, на которые полагаются смартфоны, находятся в центрах обработки данных, работающих на оборудовании на базе x86. Оглядываясь назад, удивительно, что никто в Intel даже не подозревал, что это произойдет.Intel погрузила свои надежды и мечты в i432APX, 32-битный микропроцессор с совершенно другим дизайном, чем все, что компания пробовала раньше. Первые продажи 8086 и 8088 были не очень высокими, поскольку весь компьютерный рынок столкнулся с переизбытком оборудования. Операция Intel Operation Crush, агрессивная маркетинговая кампания по поддержке 8086, помогла изменить эту ситуацию и при этом привлекла внимание IBM.

Войдите в IBM. Когда Big Blue решила создать свой первый ПК, она сузила круг выбора до трех вариантов: Motorola 68000, Intel 8086 и Intel 8088.Поскольку 8088 и 8086 были совместимы друг с другом, в конечном итоге не имело значения, какой процессор Intel выбрал IBM. IBM была более знакома с Intel, чем Motorola, а у Microsoft уже был встроен интерпретатор BASIC с поддержкой x86. Если бы IBM пошла другим путем, мы могли бы сидеть здесь и говорить о подъеме «Motosoft» вместо «Mintel». Решение IBM поддержать Intel сформировало будущее вычислений и будущих процессоров Intel. В течение следующих нескольких лет OEM-производители, такие как Compaq, выпустили на рынок новые системы на базе новых, более совершенных процессоров x86.

Ниже мы обсудим следующую серию процессоров Intel, начиная с 80286 и заканчивая Pentium Pro. 80186, хотя технически существовал, на самом деле в основном использовался в качестве встроенного микроконтроллера, а не процессора ПК (с небольшим количеством исключений). Для большинства линия преемственности перескочила с 8086/8088 на 80286.

От 8086 до Pentium, возможно, можно было сгруппировать как единое семейство продуктов, хотя это семейство значительно эволюционировало менее чем за 20 лет.Все эти чипы выполняли собственные инструкции x86, используя то, что мы сейчас называем порядковым исполнением (до изобретения внепланового исполнения мы просто называли это «исполнение»). Intel поднялась и стала доминировать на рынке персональных компьютеров благодаря эти ядра. В октябре 1985 года самый быстрый 80386DX работал на частоте 12 МГц. К июню 1995 года Pentium 133 поступил в продажу — всего за десять лет скорость увеличилась более чем в 10 раз, помимо всех архитектурных улучшений.

К этому моменту Intel уже в значительной степени завоевала рынок персональных компьютеров и начала вторгаться в пространства рабочих станций и центров обработки данных, но большая часть рынка по-прежнему принадлежала различным архитектурам RISC, поддерживаемым такими устойчивыми игроками, как Sun, MIPS и HP.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *