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

اینتل یک شرکت چند ملیتی آمریکایی است که دفتر مرکزی آن در سانتا کلارا، کالیفرنیا و بزرگترین سازنده تراشه در جهان است. در رتبه‌بندی 500 فورچون در سال 2021، اینتل به‌عنوان چهلمین شرکت بزرگ ایالات متحده از نظر کل درآمد رتبه‌بندی شده و نسبت به سال گذشته پنج پله جهش داشته است. اما داستان ورود اینتل به فضای ریزپردازنده ها از کجا شروع شد و چگونه در این صنعت موفق شد؟

اولین ریزپردازنده تجاری تک تراشه

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

فدریکو فاگین به همراه تد هاف از طراحان ارشد اینتل بودند که با شرکت ژاپنی Masatoshi Shima برای طراحی تراشه ای برای ماشین حساب Busicom همکاری کردند. هاف توانست در سال 1969 به معماری مورد نیاز دست یابد، اما در نهایت هیچ نقشی در توسعه اولین ریزپردازنده اینتل نداشت. فاگین یکی از با تجربه ترین اعضای تیم طراحی بود که توانست سیستم منطق متغیر جدیدی را طراحی کند. روش او ساخت چندین ریزپردازنده تک تراشه را ممکن کرد و نتایج در محصولات اولیه اینتل و ریزپردازنده هشت بیتی Z80 Zylog منعکس شده است. او زیلوگ را در سال 1974 تاسیس کرد و اولین شرکتی بود که تنها بر روی ریزپردازنده ها تمرکز کرد. در مدت کوتاهی شیما به او پیوست و به او در توسعه معماری Z80 کمک کرد.

ریزپردازنده 4004 اینتل برای اولین بار در اواسط سال 1971 به عنوان قلب تپنده ماشین حساب Busicom 141-PF وارد بازار شد. علاقه مندان می توانند به این صفحه مراجعه کرده و کار با شبیه ساز ماشین حساب مذکور را تجربه کنند. پس از بررسی قرارداد بین اینتل و ژاپن و پرداخت 60000 پوند به سازنده ماشین حساب، امکان فروش تراشه MCS-4 به شرکت های دیگر فراهم شد. اندکی پس از آن، در 15 نوامبر 1971، اینتل با سفارش یک آگهی در اخبار الکترونیک، محصول پیشرفته خود را به دیگران معرفی کرد.

تبلیغات تراشه 4004 اینتل نوید عصر جدیدی را برای الکترونیک با کلمه کامپیوتر قابل برنامه ریزی میکرو بر روی تراشه می دهد. قبل از این محصول، واحدهای پردازش مرکزی کامپیوتر (CPU) معمولاً از تعدادی برد مدار مجتمع تشکیل می شد که قطعات الکترونیکی به طور جداگانه روی آنها نصب می شدند. با نوآوری اینتل، تمام مدارها در یک تراشه سیلیکونی کوچکتر از یک میخ ادغام شدند. جهش اساسی به سمت کاهش قطعات با تراشه 4004 منجر به ظهور رایانه های کوچکتر شد که در دهه های بعد به رایانه های خانگی تبدیل شدند.

آیا اینتل 4004 اولین ریزپردازنده بود؟

بحث‌های زیادی پیرامون اولین ریزپردازنده ساخته دست بشر وجود دارد. به همین دلیل، رسانه ها هنگام اشاره به Intel 4004 از عباراتی مانند “تک تراشه” یا “تجاری” استفاده می کنند. زمانی که اینتل این تراشه را معرفی کرد، جنگنده اف-14 تامکت نیروی دریایی ایالات متحده از یک ریزپردازنده با چندین تراشه استفاده کرد. سایر رقبا از جمله Texas Instruments (TI) نیز در حال توسعه ریزپردازنده های تک تراشه خود بودند.

با این حال، تراشه 4004 توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. زیرا او بنیانگذار کسب و کار پردرآمد ریزپردازنده اینتل بود که سال ها دوام آورد و توانست آینده کامپیوترهای شخصی را رقم بزند.

اینتل 4004 را با Core i9-12900K مقایسه کنید

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

مدل پردازنده	اینتل 4004	اینتل Core i9-12900K
اعلام کرد	15 نوامبر 1971	27 اکتبر 2021
قیمت تا 2021	401.41 دلار	589 دلار
قیمت مطابق با سال 1971	60	87.82 دلار
حداکثر فرکانس کاری	740 کیلوهرتز	5.2 گیگاهرتز
اندازه کلمه	4 بیت	64 بیت
تعداد هسته ها	1	16
تعداد رشته ها	1	24
محدودیت حافظه	4 کیلوبایت	128 گیگابایت
مصرف برق	1 وات	125 تا 241 وات
فرایند تولید	10 میکرومتر	7 نانومتر
او برنده شد	مربع 12 میلی متر	مربع 215 میلی متر
تعداد ترانزیستور	2250	21.7 میلیارد

از میان تمام ارقام جدول بالا، جهش شگفت انگیز از 2250 به 21.7 میلیارد در تعداد ترانزیستورها غیرقابل تصور است. البته تعداد ترانزیستورهای استفاده شده در Core i9-12900K بر اساس سطح و فرآیند تولید تخمین زده می شود و ممکن است مقدار واقعی با رقم اعلام شده کمی متفاوت باشد. فرآیندهای ساخت پیشرفته تر، مانند 7 نانومتر، به طور چشمگیری چگالی ترانزیستورها را در هر میلی متر مربع افزایش داده است و تعداد کل ترانزیستورها به شدت افزایش یافته است.

همچنین نباید فراموش کنید که تراشه‌های امروزی اینتل نه تنها شامل یک واحد پردازش مرکزی می‌شوند، بلکه اجزای مختلفی از جمله کنترل‌کننده حافظه پرسرعت و واحد پردازش گرافیکی (GPU) یکپارچه را نیز شامل می‌شوند.

برنامه ریزپردازنده اینتل 4004

به دلیل محدودیت های عملکرد و حضور اولیه رقبای قدرتمندتر مانند اینتل 8008، ریزپردازنده 4004 در بسیاری از محصولات ظاهر نشد. با این حال، برخی از دستگاه های مجهز به تراشه ذکر شده در زیر به ترتیب زمانی فهرست شده اند.

• 141 PF Desktop Calculator by Busicom (1971)
• سیستم توسعه سیم 4 اینتل (1972)
• سیستم توسعه Intelk4 (1973)
• شبیه ساز آرکید کوچه بیلی (1974)
• نمونه اولیه بیلی فلیکر (1974)
• واژه پرداز Wang 1222 (1975)
• ماشین رای گیری کامپیوتری (1976)

Heritage Intel 4004

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

پس از تراشه 8008، اینتل محصولات دیگری مانند 8080 هشت بیتی و 8086 شانزده بیتی را معرفی کرد که هر کدام در کامپیوترهای خانگی خاصی استفاده می شدند. اینتل 4004 به زودی به دلیل رشد سریع ریزپردازنده ها متوقف شد، اما تاثیر آن هنوز هم امروزه محسوس است. در طول 50 سال گذشته، ریزپردازنده ها توانسته اند تقریباً بر تمام جنبه های صنعت تأثیر بگذارند و اقتصاد جهانی را متحول کنند. شاید روزی بتوان اهمیت ساخت ریزپردازنده را با تأثیر کشف آتش بر رشد تمدن بشری مقایسه کرد.

کاهش اندازه فناوری مانع نوآوری ریزپردازنده نشد. امروزه، شرکت‌ها قابلیت‌ها و عملکردهای مختلفی را که زمانی توسط چندین تراشه در یک تراشه به نام «سیستم روی تراشه» (SOC) انجام می‌شد، ترکیب می‌کنند، سری M1 اپل یکی از معروف‌ترین نمونه‌های اخیر است.