Wenn Sie einen Laptop oder einen Desktop-Computer benutzen, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass er einen Mikroprozessor der Intel 808x-Reihe enthält, unabhängig davon, ob es sich um einen Windows-Rechner oder einen Mac handelt. Die Dominanz dieser Intel-Mikroprozessoren geht auf das Jahr 1978 zurück, als IBM den 8088 für seinen ersten Personal Computer wählte. Doch diese Wahl war alles andere als selbstverständlich. Einige Kenner der Geschichte behaupten sogar, dass der Intel 8088 der schlechteste von mehreren möglichen 16-Bit-Mikroprozessoren jener Zeit war.
Das war er nicht. Es gab eine ernsthafte Alternative, die noch schlechter war. Ich weiß das, weil ich bei Texas Instruments für die Organisation verantwortlich war, die ihn entwickelt hat: den TMS9900. Obwohl dieser Hund von einem Chip später im ersten 16-Bit-Heimcomputer der Welt eingesetzt wurde, haben Sie wahrscheinlich noch nie davon gehört. Wie man so schön sagt: Geschichte wird von den Gewinnern geschrieben.
Dieses besondere Kapitel der Geschichte ist nicht nur wegen des Chips von TI interessant, sondern auch wegen eines anderen Außenseiters, dem Motorola 68000, der sowohl dem Intel 8088 als auch dem TMS9900 technologisch überlegen war. Und doch wurde der 68000 nicht in den IBM-PC eingebaut. Hier ist die Geschichte, wie es dazu kam, dass IBM sich für einen minderwertigen Chip entschied, TI einen Verlierer hervorbrachte und Motorolas scheinbarer Gewinner ebenfalls verlor.
Ich kam 1972 zu Texas Instruments, frisch von der Graduiertenschule, und etwa zwei Jahre später hielt ich einen Vortrag vor Jack Carsten, dem Leiter der MOS-Abteilung von TI in Houston, wo die Arbeit des Unternehmens an Metalloxid-Halbleiterchips angesiedelt war. Als junger Ingenieur war ich etwas eingeschüchtert von Jack, der während meiner Präsentation mit den Füßen auf dem Tisch des Konferenzraums saß, eine Zigarre rauchte und „bull****“ murmelte, wenn er mit etwas nicht einverstanden war.
Zu dieser Zeit kämpften die „Big 3“ Halbleiterunternehmen – Fairchild, Motorola und TI – um den Übergang von bipolaren integrierten Schaltungen zu Metalloxid-Halbleiterschaltungen. MOS-Chips erforderten ein völlig anderes Design und eine andere Prozesstechnologie als bipolare Chips, und Chip-Neugründungen wie Intel kamen viel schneller voran als die etablierten Unternehmen. Von den drei großen Unternehmen hatte TI den Übergang am besten gemeistert, vor allem dank Leuten wie L.J. Sevin, der TI 1969 verließ, um Mostek zu gründen und später Risikokapitalgeber wurde. Carsten, der zuvor als General Manager der profitablen Transistor-Transistor-Logik (TTL)-Produktfamilie von TI tätig gewesen war, spielte ebenfalls eine Schlüsselrolle bei der Umstellung auf MOS.
Die MOS-Division von TI hatte ihren größten Erfolg mit Logikchips für den aufstrebenden Markt der Handheld-Rechner erzielt. Obwohl das Unternehmen bei der Entwicklung des ersten Allzweck-Mikroprozessors mit Intel konkurriert und diesen schließlich besiegt hatte, schenkten die TI-Ingenieure weder dem 4-Bit-Mikroprozessor 4004 noch dem 8-Bit-Mikroprozessor 8008 von Intel wirklich viel Aufmerksamkeit. TI nahm jedoch die 8-Bit-Mikroprozessoren 8080 und 8080A von Intel zur Kenntnis, die wesentlich vielversprechender waren als der 4004. Der MOS-Abteilung wurde die Aufgabe übertragen, sowohl bei den Mikroprozessoren als auch beim DRAM (dynamischer Direktzugriffsspeicher, der mehr Speicherzellen pro Chip aufnehmen kann als statischer RAM, aber ständig aktualisiert werden muss, um Datenverluste zu verhindern) zu Intel aufzuschließen.
So entstand bei TI eine Strategie für die Entwicklung von Allzweck-Mikroprozessoren. Die wichtigsten Annahmen hinter dieser Strategie waren, dass Anwendungssoftware die Entwicklung dieser Chips vorantreiben würde und dass TI mit einer erfolgreichen Reihe von MOS-ICs in der Lage sein würde, einen Industriestandard für Minicomputer, Verteidigungssysteme und Verbraucherprodukte zu entwickeln, die allesamt schnell wachsende Geschäftsfelder für das Unternehmen darstellten. Um dies zu erreichen, musste TI den derzeitigen 8-Bit-Standard, der durch Intels 8080 repräsentiert wurde, überholen und als erstes Unternehmen mit einer 16-Bit-Architektur auf den Markt kommen. Aus dieser Strategie ging der Plan für den TMS9900 hervor.
TI hatte seine Computerfähigkeiten bereits im Supercomputer-Rennen der späten 1960er Jahre unter Beweis gestellt. Angetrieben wurde dieser Wettlauf von Ölfirmen, die einen Wettbewerbsvorteil bei der seismischen 3D-Analyse für die Ölexploration anstrebten, die das Gründungsgeschäft von TI war. IBM, Control Data Corporation und andere konkurrierten in diesem Rennen, aber TI war der erste auf dem Markt mit seinem Advanced Scientific Computer.
Für TI war die Auswahl einer Chip-Architektur für den 16-Bit-Mikroprozessor also einfach. TI verfolgte die Strategie „ein Unternehmen, eine Computerarchitektur“, die darauf abzielte, alle Synergien zwischen den verschiedenen Geschäftsbereichen des Unternehmens zu nutzen. Die Data Systems Division von TI hatte bereits eine Familie von TTL-basierten Minicomputern auf den Markt gebracht, die in Ramada Inns in den Vereinigten Staaten eingesetzt wurden. Der TMS9900 würde also eine Chip-Architektur verwenden, die der des TI-Minicomputers sehr ähnlich war.
Carstens Team wusste, dass die Entwicklung des TMS9900 – ebenso wie die einer bipolaren Version für den militärischen Markt mit der Bezeichnung SBP9900 – Zeit brauchen würde und dass die Chips wahrscheinlich nicht vor 1975 oder 1976 fertig sein würden. In der Zwischenzeit musste die MOS-Abteilung handeln. Der Plan war, zunächst den Intel 8080A zu kopieren, um etwas auf den Markt zu bringen, dann eine TI-eigene 8-Bit-Mikroprozessorarchitektur zu entwickeln (die TMS5500 genannt werden sollte) und schließlich zum 16-Bit-TMS9900 überzugehen. (National Semiconductor hatte bereits einen 16-Bit-Allzwecklogik-Chipsatz, den IMP-16, auf den Markt gebracht, der jedoch wegen seiner vielen Chips nie große Popularität erlangte.)
Der TMS9900 hatte mit einer Reihe von Entwicklungsproblemen und Verzögerungen zu kämpfen, war aber schließlich 1976 fertig. Schon damals hatte er mit mehreren großen Problemen zu kämpfen. Erstens gab es keine kompatiblen 16-Bit-Peripheriechips. Ohne Peripheriechips für die Kommunikation und Speicherung wäre der Mikroprozessor für Systementwürfe wertlos gewesen. Das zweite Problem bestand darin, dass die 9900-Architektur, die mit der in den Minicomputern von TI verwendeten Architektur identisch war, nur 16 Bit logischen Adressraum hatte, was dem der damaligen 8-Bit-Mikroprozessoren entsprach. Dieses Problem konnte nicht gelöst werden, ohne eine völlig neue Architektur zu entwickeln. Das letzte Problem bestand darin, dass TI zwar eine einzige Mikroprozessortechnologie für seine Minicomputer-, Verteidigungs- und Halbleitergeschäfte verwenden konnte, die Konkurrenten in diesen Geschäften aber im Nachteil wären, wenn sie die TI-Mikroprozessorarchitektur in ihre Produkte übernehmen würden.
Um den Mangel an 16-Bit-Peripheriegeräten für den TMS9900 zu beheben, kamen die TI-Ingenieure auf eine Innovation. Warum sollte der TMS9900 nicht mit einem 8-Bit-Port ausgestattet werden, so dass die große Anzahl vorhandener Peripheriechips, die für 8-Bit-Mikroprozessoren entwickelt wurden, mit ihm funktionieren würden? Ich bin sicher, die Idee klang damals vernünftig. Das Ergebnis war der TMS9980, der 1977 auf den Markt kam. Der Anschluss eines 8-Bit-Peripheriegeräts an einen 16-Bit-Mikroprozessor machte den einzigen wirklichen Vorteil der 16-Bit-Architektur zunichte: ihre Leistung. Der 9980 benötigte zwei Befehlszyklen, um einen Befehl für ein 8-Bit-Peripheriegerät auszuführen, wodurch sich die effektive Leistung halbierte und er nicht besser war als bestehende 8-Bit-Mikroprozessoren. Noch bevor der große Plan von TI verwirklicht wurde, verließ Carsten das Unternehmen und wurde Vizepräsident für Vertrieb und Marketing bei Intel, wohl wissend, dass Intel ein schwer zu schlagender Konkurrent auf dem Mikroprozessormarkt sein würde.
Intel entwickelte natürlich seinen eigenen 16-Bit-Mikroprozessor, den 8086, der schließlich im April 1978 eingeführt wurde. Dem Mangel an kompatiblen 16-Bit-Peripheriechips begegnete das Unternehmen auf genau dieselbe Weise wie TI, indem es seinem Mikroprozessor einen 8-Bit-Port hinzufügte, woraus der Intel 8088 entstand. Wie der TI 9980 war auch der Intel 8088 ein Blindgänger, der im Vergleich zum 8086 in jedem realen Systemdesign weniger Leistung zeigte. Der Intel-Chip hatte jedoch einen grundlegenden Vorteil gegenüber dem TI-Chip: Er hatte 20 Bit logischen Adressraum statt 16. Das bedeutet, dass ein Megabyte Speicher adressiert werden konnte, während der 9900 von TI 64 KByte hatte. Außerdem bremsten die Off-Chip-Register des TMS9900 und 9980 die Leistung noch mehr.
Und während Intel erfolgreich alternative Produktionsquellen für den 8086 entwickelt hatte, hatte TI Schwierigkeiten, ähnliche Geschäfte abzuschließen. Zu dieser Zeit wollten die meisten Kunden mindestens zwei konkurrierende Lieferanten für jede neue Familie von Halbleiterkomponenten, um die Produktverfügbarkeit zu gewährleisten und die Preise niedrig zu halten.
In der Zwischenzeit hatten einige Konkurrenten Pläne für eigene 16-Bit-Mikroprozessoren für allgemeine Zwecke angekündigt. Der 68000 von Motorola war der ehrgeizigste. Obwohl er 16 externe Pins hatte, verfügte er intern über eine 32-Bit-Architektur mit der Möglichkeit, 24 Bit logischen Adressraum extern zu adressieren. Ein Nachfolgeprodukt würde wahrscheinlich 32 Bits adressieren können. Zilog, der Hersteller des beliebten 8-Bit-Mikroprozessors Z80, kündigte für Ende 1978 oder Anfang 1979 die Einführung des 16-Bit-Z8000 an, der über einen segmentierten Speicher verfügte. Im Gegensatz zum 68000 hatte der Z8000 jedoch eine einfache 16-Bit-Architektur.
Im Oktober 1978, sechs Monate nach der Ankündigung des Intel 8086, wechselte ich zur MOS-Abteilung von TI und wurde Manager für Mikroprozessoren. Zu diesem Zeitpunkt wusste jeder im Unternehmen und viele Leute außerhalb des Unternehmens, dass die 16-Bit-Mikroprozessorstrategie von TI nicht funktionierte. Erschwerend kam hinzu, dass die Abteilung weitgehend erfolglos versuchte, einen kompatiblen 16-Bit-Mikrocontroller namens TMS9940 zu entwickeln, der zu dem Zeitpunkt, als ich kam, bereits zum fünften oder sechsten Mal neu aufgelegt wurde. Ich wusste, dass ich eine schwierige Situation geerbt hatte. Warum also sollte ich einen guten Job als Leiter der technischen Abteilung der Consumer Products Group aufgeben? Die Antwort lautet: Standort, Standort, Standort. Das Mikroprozessorgeschäft war in Houston angesiedelt, während TI die Verbrauchsgütergruppe nach Lubbock, Texas, verlegt hatte. Lubbock ist eine Stadt, in der die richtige Antwort auf die Frage „Wie gefällt Ihnen das Leben hier?“ lautet: „Die Menschen sind wunderbar.“ Der Country-Sänger Mac Davis, der dort aufgewachsen ist, hat einmal einen Song geschrieben, dessen Refrain lautet: „I thought happiness was Lubbock, Texas, in my rearview mirror.“
Kurz nach meiner Ankunft in Houston wurde mir mitgeteilt, dass ich einer Gruppe von IBM, die an einem sehr geheimen Projekt arbeitete, für das ein 16-Bit-Mikroprozessor benötigt wurde, eine Präsentation über den TMS9900 geben sollte. Die Gruppe kam von einem für IBM eher ungewöhnlichen Ort: Boca Raton, Florida. Ich verbrachte viel Zeit mit der Vorbereitung, hielt eine meiner Meinung nach gut ausgefeilte Präsentation und arbeitete fleißig nach. Doch die Begeisterung des IBM-Teams hielt sich in Grenzen. Erst 1981 erfuhren wir, was wir verloren hatten.
John Opel, Präsident und damaliger CEO von IBM, hatte etwas ziemlich Revolutionäres getan, als er die Gruppe in Boca Raton gründete, die später als Entry Systems Division bekannt wurde. Er erkannte, dass die Personal Computer von Apple, Commodore, Radio Shack, TI und anderen die Vorherrschaft von IBM im Computergeschäft gefährden könnten. Also gab er der Gruppe in Boca Raton, die Philip (Don) Estridge unterstellt war, einen Freibrief für das Produkt, das sie entwickelte – den IBM-Personalcomputer, versteht sich. Sie konnten für alles, was sie wollten, auf Dritte zurückgreifen, auch für das Betriebssystem und die Anwendungssoftware. Dieser Spielraum machte das System für IBMs Verhältnisse recht „offen“ und würde vermutlich die Markteinführung beschleunigen. Opel machte jedoch eine Einschränkung. Das Produkt sollte den Namen IBM tragen, damit es dem Ruf des Unternehmens in Bezug auf Qualität und Zuverlässigkeit nicht schaden konnte. Zu diesem Zweck musste die umfangreiche Qualitätssicherungsorganisation von IBM das Produkt absegnen, bevor es auf den Markt kommen konnte.
Die Entscheidung des IBM-Teams für einen 16-Bit-Mikroprozessor konnte keine große Debatte sein. Der Motorola 68K, wie er später genannt wurde, war zweifelsohne der eindeutige Sieger. Er verfügte über den größten logischen Adressraum, was noch wichtiger war als die interne 16-Bit-Mindestarchitektur. Außerdem war er leicht zu einer vollwertigen 32-Bit-Architektur erweiterbar. Und, was am wichtigsten war, der 68K war ein „Big Endian“, im Gegensatz zu den anderen Konkurrenten. Die Begriffe „Big Endian“ und „Little Endian“ beziehen sich auf die Reihenfolge, in der ein Computer Bytes im Speicher speichert. Als sich 16-Bit-Architekturen aus 8-Bit-Architekturen entwickelten, mussten die Ingenieure entscheiden, welches 8-Bit-Byte in einem 16-Bit-Wort an erster Stelle steht. Die Digital Equipment Corp. entschied sich für den Little Endian-Ansatz für ihre Programmed Data Processor (PDP)- und VAX-Architekturen. Auch Intel entschied sich für Little Endian. Die Computer von IBM waren jedoch alle Big Endian. Damit ein Big Endian mit einem Little Endian kommunizieren konnte, musste die Bytereihenfolge in Echtzeit umgekehrt werden. Diese Konvertierung der Daten war damals nicht trivial. Der 68K von Motorola erforderte keine solche Umwandlung für die Verwendung mit dem IBM PC. Warum also verwenden wir heute nicht alle 68K-basierte Computer?
Die Antwort liegt darin, als Erster auf dem Markt zu sein. Intels 8088 mag unvollkommen gewesen sein, aber zumindest war er fertig, während der Motorola 68K es nicht war. Und IBMs gründlicher Qualifizierungsprozess für Komponenten erforderte, dass ein Hersteller Tausende von „produktionsfreigegebenen“ Mustern jedes neuen Teils anbot, damit IBM Lebensdauertests und andere Charakterisierungen durchführen konnte. IBM hatte Hunderte von Ingenieuren, die sich um die Qualitätssicherung kümmerten, aber die Qualifizierung von Komponenten braucht Zeit. In der ersten Hälfte des Jahres 1978 hatte Intel bereits Muster des 8088 für die Produktion freigegeben. Ende 1978 war der 68K von Motorola immer noch nicht ganz serienreif.
Und zum Unglück für Motorola wollte die Gruppe aus Boca Raton ihren neuen IBM-PC so schnell wie möglich auf den Markt bringen. Es standen also nur zwei vollwertige 16-Bit-Mikroprozessoren zur Auswahl. In einem Wettbewerb zwischen zwei unvollkommenen Chips war der Chip von Intel weniger unvollkommen als der von TI.
TIs TMS9900 ist nicht einfach still und leise gestorben, nachdem es den Messingring des IBM PC verpasst hatte. Die leitenden Manager hofften immer noch auf die Nutzung von Unternehmenssynergien. Sicherlich konnte der noch nicht angekündigte Heimcomputer von TI den TMS9900 verwenden?
Das Entwicklungsteam des Computers stimmte widerwillig zu, es zu versuchen. Die Gruppe war das Ergebnis einer unglücklichen Fusion zweier Abteilungen, von denen die eine eine Videospielkonsole und die andere einen Personal Computer entwickelt hatte. Das Hybridprodukt, das sie entwickelten, war für keine der beiden Anwendungen geeignet. Aber TI verfolgte es trotzdem hartnäckig weiter. Der TI-99/4, wie er genannt wurde, kam 1979 auf den Markt, gefolgt vom TI-99/4A im Jahr 1981. Das Unternehmen verkaufte schließlich 2,8 Millionen Geräte, die meisten davon mit erheblichen Verlusten, bevor es sich 1984 aus dem Markt für Heimcomputer zurückzog.
In der Zwischenzeit entwickelte sich die Intel 8086-Architektur weiter und überwand ihre Schwächen. (Es ist immer noch ein Little Endian, aber das macht heute kaum noch einen Unterschied.) Und Motorola, mit seiner überlegenen Technologie, verlor den wichtigsten Design-Wettbewerb der letzten 50 Jahre.
Wenn ich schon beim Thema Verlierer bin, lassen Sie mich ein paar Worte über das Betriebssystem des IBM PC sagen. Die logische Wahl für ein 16-Bit-Betriebssystem war eine Erweiterung des beliebten CP/M-Betriebssystems, das von Gary Kildall bei Digital Research entwickelt wurde und auf dem Z80 von Zilog basierte. Die IBM-Gruppe in Boca Raton erkannte die Bedeutung von CP/M als offener Standard und beauftragte Digital Research mit der Entwicklung einer Version, die CP/M-86 genannt wurde. Später jedoch setzte sich Microsoft mit dem Betriebssystem MS-DOS durch, über das bereits viel geschrieben worden ist. Und so entwickelte sich die Welt der PCs sowohl für das Betriebssystem als auch für den Mikroprozessor in eine andere Richtung.
Welche Lehren lassen sich nun aus dieser Geschichte ziehen? Eine davon ist, dass es für jeden, der ein Produkt entwickelt, das auf einer sich schnell verändernden Hochtechnologie basiert, von größter Wichtigkeit ist, als Erster auf den Markt zu kommen, ganz gleich, wie umfangreich die Einschränkungen des ursprünglichen Produkts sein mögen. Vorausgesetzt, Ihr Produkt hat unverwechselbare neue Fähigkeiten, werden Ihre Kunden innovative Wege finden, es zu nutzen.
Die zweite Lektion ist, dass Sie, wenn Sie ein großes Unternehmen leiten, das ein Skunk-Works-Projekt frei von der Last der Tradition schaffen will, alle Einschränkungen, die Sie ihm auferlegen, genau überdenken sollten. Es ist wahrscheinlich, dass die Beschränkung des Betriebssystems für den IBM PC IBM langfristig einen viel besseren Wert verschafft hätte als die Auferlegung lästiger Qualifikationsverfahren. Niemand konnte das Ausmaß der Auswirkungen von Personalcomputern vorhersehen, aber der wahre Wert lag in der Kompatibilität des Betriebssystems und nicht in der Hardware. Hätte IBM und nicht Microsoft die Kontrolle über MS-DOS, Windows usw. gehabt, sähe die Computerwelt heute anders aus.
Schließlich sollten diejenigen, die die High-Tech-Parade der Ereignisse hauptsächlich als Zuschauer verfolgen, ihre Augen nach Möglichkeiten offen halten. Im Falle von TI kamen wir 1979 zu dem Schluss, dass der TMS9900 das Rennen um die Allzweck-Mikroprozessoren verloren hatte, und so schauten wir voraus, was nach den Allzweck-Mikroprozessoren wichtig sein würde. Unsere Strategie konzentrierte sich auf Spezial-Mikroprozessoren und führte zur Entwicklung der TMS320-Serie von digitalen Signalprozessoren. Die 320er DSP-Familie und ihre Derivate, die im Februar 1982 auf der International Solid-State Circuits Conference angekündigt und im darauf folgenden Jahr vorgestellt wurden, machten fast die Hälfte des Umsatzes von TI aus, brachten das heutige Management des Unternehmens hervor und brachten TI in eine wettbewerbsfähige Position für das Rennen um das eingebettete Prozessorsystem auf einem Chip. In den 1990er Jahren kehrte diese Strategie den Abstieg von TI in der Rangliste der führenden Halbleiterunternehmen um und generierte Milliarden von Dollar an Chipverkäufen für Basisbandmodems, Festplattencontroller und eine Vielzahl anderer Produkte.
Eine Korrektur dieses Artikels wurde am 26. Juni 2017 vorgenommen.
Über den Autor
Walden C. Rhines ist Chairman und CEO von Mentor Graphics in Wilsonville, Oregon.