Foto: Texas Instruments’ største fejltagelse: TMS9900
Foto: Konstantin Lanzet
Hvis du bruger en bærbar eller stationær computer, er der stor sandsynlighed for, at den har en mikroprocessor fra Intel 808x-serien, uanset om det er en Windows-maskine eller en Mac. Den fuldstændige dominans af disse Intel-mikroprocessorer går helt tilbage til 1978, da IBM valgte 8088’eren til sin første personlige computer. Men dette valg var langt fra indlysende. Faktisk hævder nogle, der kender historien, at Intel 8088 var den dårligste blandt flere mulige 16-bit mikroprocessorer dengang.
Det var den ikke. Der var et seriøst alternativ, som var værre. Jeg ved det, fordi jeg stod i spidsen for den organisation inden for Texas Instruments, der udviklede det: TMS9900. Selv om denne hund af en chip senere blev brugt i verdens første 16-bit hjemmecomputer, har du sikkert aldrig hørt om den. Som man siger, skrives historien af vinderne.
Dette særlige kapitel i historien er interessant ikke kun på grund af TI’s chip, men også på grund af en anden også-ran, Motorola 68000, som var teknologisk overlegen i forhold til både Intel 8088 og TMS9900. Og alligevel endte 68000’eren ikke i IBM-pc’en. Her er den interne historie om, hvordan IBM valgte en ringere chip, TI fødte en taber, og Motorolas tilsyneladende vinder tabte også.
Foto: Texas Instruments Chip Pitch: I 1978 holdt forfatteren en præsentation om TI’s TMS9900 16-bit chip, som var under overvejelse til IBM’s personlige computer. TI fik ikke kontrakten.
Jeg kom til Texas Instruments i 1972, frisk fra universitetet, og ca. to år senere befandt jeg mig i at holde en præsentation for Jack Carsten, lederen af TI’s MOS Division i Houston, hvor virksomhedens arbejde med metaloxid-halvlederchips var baseret. Som ung ingeniør var jeg noget intimideret af Jack, der sad med fødderne på bordet i konferencerummet under hele min præsentation, røg en cigar og mumlede “bull****”, når han var uenig i noget af det, der blev sagt.
På det tidspunkt kæmpede de “tre store” halvledervirksomheder – Fairchild, Motorola og TI – med at gennemføre overgangen fra bipolære integrerede kredsløb til metaloxid-halvlederkredsløb. MOS-chips krævede et væsentligt anderledes design og en anden procesteknologi end bipolære chips, og nystartede chipvirksomheder som Intel bevægede sig meget hurtigere end de etablerede virksomheder. Af de tre store selskaber havde TI klaret overgangen bedst, hvilket i høj grad skyldtes folk som L.J. Sevin , der forlod TI i 1969 for at danne Mostek og senere blev venturekapitalist. Carsten, der tidligere havde været general manager for TI’s rentable produktfamilie af transistor-transistorlogik (TTL), var også en vigtig aktør i forbindelse med overgangen til MOS.
TI’s MOS-division havde opnået sin mest bemærkelsesværdige succes med logikchips til det nye marked for håndholdte lommeregnere. Selv om virksomheden havde konkurreret med og til sidst slået Intel om at udvikle den første universal-mikroprocessor, var TI’s ingeniører ikke rigtig opmærksomme på hverken Intels 4-bit 4004- eller 8-bit 8008-mikroprocessor. TI noterede sig dog Intels 8080 og den efterfølgende 8080A 8-bit mikroprocessor, som var langt mere lovende end 4004’eren. MOS-divisionen fik til opgave at indhente Intel inden for både mikroprocessorer og DRAM (eller dynamisk random access memory, som kan rumme flere hukommelsesceller pr. chip end statisk RAM, men som konstant skal opdateres for at undgå tab af data).
Så opstod der en strategi for udvikling af mikroprocessorer til generelle formål hos TI. De vigtigste antagelser bag strategien var, at applikationssoftware ville drive udviklingen af disse chips, og at TI med en vellykket serie af MOS-IC’er ville være i stand til at udvikle en industristandard for minicomputere, forsvarssystemer og forbrugerprodukter, som alle var hurtigt voksende forretningsområder for virksomheden. Men for at kunne gøre det, skulle TI springe over den nuværende 8-bit-teknologi, som var repræsenteret af Intels 8080, og være først på markedet med en 16-bit-arkitektur. Ud fra denne strategi opstod planen for TMS9900.
Billede: Intel Vinderen: Selv om Intel 8088-mikroprocessoren langt fra var perfekt, valgte IBM den til sin personlige computer, som blev lanceret i 1981.
TI havde allerede demonstreret sine computerevner i supercomputerkapløbet i slutningen af 1960’erne. I dette kapløb var det olieselskaber, der søgte en konkurrencemæssig fordel inden for 3D-seismisk analyse til olieefterforskning, som var TI’s grundlægningsvirksomhed. IBM, Control Data Corporation og andre konkurrerede i dette kapløb, men TI var først på markedet med sin Advanced Scientific Computer.
Så for TI var det ligetil at vælge en chiparkitektur til 16-bit mikroprocessoren. TI havde en strategi om “ét selskab, én computerarkitektur”, som havde til formål at udnytte eventuelle synergier mellem selskabets forskellige afdelinger. TI’s Data Systems Division havde allerede lanceret en familie af TTL-baserede minicomputere til brug i Ramada Inns i hele USA. Så TMS9900 ville bruge en chiparkitektur, der meget lignede den, som TI’s minicomputere havde.
Carstens team vidste, at udviklingen af TMS9900 – samt en bipolær version til det militære marked kaldet SBP9900 – ville tage tid, og at chipsene sandsynligvis ikke ville være klar før 1975 eller ’76. I mellemtiden var MOS Division nødt til at handle. Planen var at starte med at kopiere Intel 8080A for at få noget på markedet, derefter at udvikle en TI-original 8-bit mikroprocessorarkitektur (som skulle kaldes TMS5500) og endelig at gå over til 16-bit TMS9900. (National Semiconductor havde allerede udgivet et 16-bit generelt logikchipsæt til generelle formål, kaldet IMP-16, men på grund af de mange chips opnåede det aldrig stor popularitet.)
TMS9900 havde sin del af udviklingsproblemer og forsinkelser, men den var endelig klar i 1976. Selv da stod den over for flere store problemer. For det første fandtes der ingen kompatible 16-bit periferichips. Uden perifere chips til at håndtere kommunikation og lagring ville mikroprocessoren være værdiløs til systemdesign. Det andet problem var, at 9900-arkitekturen, som var den samme som den, der blev anvendt i TI’s minicomputere, kun havde 16 bit logisk adresseplads, hvilket var det samme som de daværende 8-bit mikroprocessorer. Dette problem kunne ikke løses uden at udvikle en helt ny arkitektur. Det endelige problem var, at mens TI kunne bruge en enkelt mikroprocessorteknologi til sine minicomputer-, forsvars- og halvlederforretninger, ville konkurrenterne i disse forretninger være i en ugunstig situation, hvis de overtog TI’s mikroprocessorarkitektur i deres produkter.
Foto: Computer History Museum Taberen: Blandt de største problemer, der plagede TI’s TMS9900, var manglen på 16-bit perifere chips, hvilket gjorde den ubrugelig til systemdesigns.
For at angribe manglen på 16-bit periferiudstyr til TMS9900 landede TI-ingeniørerne på en nyskabelse. Hvorfor ikke sætte en 8-bit port på TMS9900, så det store antal eksisterende periferichips, der er designet til 8-bit mikroprocessorer, ville fungere med den? Jeg er sikker på, at ideen lød fornuftig på det tidspunkt. Resultatet blev TMS9980, som kom frem i 1977. Ved at tilknytte et 8-bit perifert udstyr til en 16-bit mikroprocessor blev den eneste reelle fordel ved 16-bit arkitekturen ophævet: dens ydeevne. 9980 tog to instruktionscyklusser for at udføre en instruktion til en 8-bit periferi, hvilket halverede den effektive ydelse og gjorde den ikke bedre end de eksisterende 8-bit mikroprocessorer. Inden TI’s store plan blev realiseret, forlod Carsten TI for at blive VP for salg og marketing hos Intel, idet han uden tvivl fornemmede, at Intel ville blive en svær konkurrent at slå på mikroprocessormarkedet.
Intel var naturligvis i gang med at udvikle sin egen 16-bit mikroprocessor, 8086, som til sidst blev introduceret i april 1978. Virksomheden løste problemet med manglen på kompatible 16-bit periferichips på nøjagtig samme måde som TI havde gjort det, nemlig ved at tilføje en 8-bit port til sin mikroprocessor, hvilket gav Intel 8088. Ligesom TI 9980 var Intel 8088 også en hund og udviste en reduceret ydeevne sammenlignet med 8086’eren i ethvert reelt systemdesign. Intel-chippen havde dog en grundlæggende fordel i forhold til TI-chippen: Den havde 20 bit logisk adresseplads i stedet for 16. Det svarer til muligheden for at adressere en megabyte hukommelse, sammenlignet med 64K bytes for TI’s 9900. Desuden sænkede off-chip-registrene for TMS9900 og 9980 deres ydeevne endnu mere.
Og mens Intel med succes havde udviklet alternative produktionskilder for 8086’eren, havde TI svært ved at indgå lignende aftaler. På det tidspunkt ønskede de fleste kunder mindst to konkurrerende leverandører til enhver ny familie af halvlederkomponenter for at sikre produkttilgængelighed og holde priserne nede.
I mellemtiden havde et par konkurrenter annonceret planer om deres egne 16-bit general-purpose-mikroprocessorer. Motorolas 68000 var den mest ambitiøse. Selv om den havde 16 eksterne pins, havde den faktisk en 32-bit arkitektur internt, med mulighed for at adressere 24 bit logisk adresseplads eksternt. Et opfølgningsprodukt ville sandsynligvis kunne adressere 32 bit. Zilog, som skabte den populære 8-bit Z80-mikroprocessor, meddelte, at den ville introducere 16-bit Z8000, som havde en segmenteret hukommelse, i slutningen af 1978 eller begyndelsen af 1979. I modsætning til 68000’eren havde Z8000’eren dog en ligefrem 16-bit arkitektur.
Billede: Pauli Rautakorpi The Also-Ran: Motorolas 16-bit 68000-mikroprocessor havde en 32-bit intern arkitektur, men chippen var ikke klar i tide til at blive taget i betragtning til IBM PC’en.
I oktober 1978, seks måneder efter annonceringen af Intel 8086, flyttede jeg til TI’s MOS Division og blev chef for mikroprocessorer. På dette tidspunkt vidste alle i virksomheden og mange mennesker uden for virksomheden, at TI’s strategi med 16-bit mikroprocessorer ikke fungerede. Forværrende for dette problem var divisionens stort set mislykkede forsøg på at udvikle en kompatibel 16-bit mikrocontroller, kaldet TMS9940, som var i sin femte eller sjette omspinning, da jeg kom til. Jeg vidste, at jeg arvede en vanskelig situation. Så hvorfor ville jeg opgive et godt job som leder af den tekniske afdeling for forbrugerproduktgruppen? Svaret er beliggenhed, beliggenhed, beliggenhed, beliggenhed. Mikroprocessorforretningen var baseret i Houston, mens TI havde flyttet forbrugerproduktgruppen til Lubbock, Texas. Lubbock er en by, hvor det korrekte svar på spørgsmålet: “Hvordan kan du lide at bo her?” er: “Folk er vidunderlige”. Countrysangeren Mac Davis, der voksede op der, skrev engang en sang, hvis omkvæd lød: “I thought happiness was Lubbock, Texas, in my rearview mirror.”
Kort efter min ankomst til Houston fik jeg at vide, at jeg skulle holde en præsentation om TMS9900 for en gruppe fra IBM, som arbejdede på et meget hemmeligt projekt, der krævede en 16-bit mikroprocessor. Gruppen kom fra et for IBM ret usædvanligt sted: Boca Raton, Florida. Jeg brugte en masse tid på at forberede mig, gav en efter min mening velpoleret præsentation og fulgte flittigt op. Men IBM-holdet udviste begrænset entusiasme. Vi ville ikke vide før 1981, hvad vi havde mistet.”
John Opel, præsident og daværende administrerende direktør for IBM, havde gjort noget temmelig revolutionerende, da han dannede Boca Raton-gruppen, som senere blev kendt som Entry Systems Division. Han indså, at personlige computere fra Apple, Commodore, Radio Shack, TI og andre på et tidspunkt kunne udgøre en trussel mod IBM’s dominans i computerbranchen. Så han gav Boca Raton-gruppen, som refererede til Philip (Don) Estridge, carte blanche til det produkt, den var i gang med at udvikle – hvilket naturligvis var IBM’s personlige computer. De kunne bruge tredjeparter til alt, hvad de ønskede, herunder styresystemet og applikationssoftware. Denne frihed gjorde systemet ret “åbent” efter IBM’s standarder, og det ville formodentlig fremskynde markedsføringen. Opel pålagde dog én begrænsning. Produktet skulle bære IBM’s navn, så det måtte ikke skade virksomhedens ry for kvalitet og pålidelighed. Derfor skulle IBM’s store kvalitetssikringsorganisation godkende produktet, før det kunne frigives.
Foto: IBM Overnight Success: Den personlige computer IBM 5150 blev lanceret i august 1981. Prisen på 1.565 USD omfattede ikke skærm, printer eller to diskettedrev.
IBM-teamets valg af en 16-bit mikroprocessor kan ikke have været nogen stor diskussion. Motorola 68K, som den senere blev kendt, var utvivlsomt den suveræne vinder. Den havde det største logiske adresseområde, hvilket var endnu vigtigere end den minimale 16-bit interne arkitektur. Den kunne også let udvides til en fuldgyldig 32-bit arkitektur. Og vigtigst af alt, 68K var en “Big Endian”, i modsætning til de andre konkurrenter. Begreberne “Big Endian” og “Little Endian” henviser til den rækkefølge, i hvilken en computer lagrer bytes i hukommelsen. Da 16-bit arkitekturer udviklede sig fra 8-bit arkitekturer, var ingeniørerne nødt til at afgøre, hvilken 8-bit byte der kom først i et 16-bit ord. Digital Equipment Corp. valgte Little Endian-metoden til sine PDP- (Programmed Data Processor) og VAX-arkitekturer (Programmed Data Processor). Intel valgte også Little Endian. Men IBM’s computere var alle Big Endian-computere. For at en Big Endian-computer kunne tale med en Little Endian-computer, skulle byte-rækkefølgen vendes i realtid. Denne konvertering af data var ikke triviel på det tidspunkt. Motorolas 68K-terminal krævede ikke en sådan konvertering for at kunne bruges sammen med IBM PC’en. Så hvorfor bruger vi ikke alle sammen 68K-baserede computere i dag?
Svaret er, at vi var først på markedet. Intels 8088 var måske ikke perfekt, men den var i det mindste klar, mens Motorola 68K ikke var det. Og IBM’s grundige kvalifikationsproces for komponenter krævede, at en producent tilbød tusindvis af “produktionsfrigivne” prøver af enhver ny del, så IBM kunne udføre levetidstests og andre karakteriseringer. IBM havde hundredvis af ingeniører til at foretage kvalitetssikring, men det tager tid at kvalificere komponenter. Allerede i første halvdel af 1978 havde Intel produktionsfremstillede prøver af 8088’eren. Ved udgangen af 1978 var Motorolas 68K stadig ikke helt klar til produktionsudgivelse.
Og desværre for Motorola ønskede Boca Raton-koncernen at bringe sin nye IBM-pc på markedet så hurtigt som muligt. Så de havde kun to fuldt kvalificerede 16-bit mikroprocessorer at vælge imellem. I en konkurrence mellem to ufuldkomne chips var Intels chip mindre ufuldkommen end TI’s.
TI’s TMS9900 døde ikke bare stille og roligt efter at have misset IBM PC’ens messingring. Ledende ledere havde stadig håb om at udnytte virksomhedssynergien. TI’s endnu ikke offentliggjorte hjemmecomputer kunne vel bruge TMS9900?
Computerens udviklingsteam gik modvilligt med til at give det et forsøg. Gruppen var resultatet af en ulykkelig sammenlægning af to afdelinger, hvoraf den ene havde udviklet en videospilkonsol og den anden en personlig computer. Det hybridprodukt, som de kom frem til, var ikke egnet til nogen af de to anvendelser. Men TI fortsatte stædigt med det alligevel. TI-99/4, som den blev kaldt, kom på markedet i 1979 og blev efterfulgt af TI-99/4A i 1981. Virksomheden solgte i sidste ende 2,8 millioner enheder, de fleste af dem med et betydeligt tab, inden den trak sig ud af markedet for hjemmecomputere i 1984.
I mellemtiden udviklede Intel 8086-arkitekturen sig og overvandt sine mangler. (Det er stadig en Little Endian, men det gør kun en lille eller ingen forskel i dag.) Og Motorola tabte med sin overlegne teknologi den vigtigste designkonkurrence i de sidste 50 år.
Mens jeg er ved emnet med de andre, vil jeg gerne sige et par ord om IBM PC’s styresystem. Det logiske valg til et 16-bit operativsystem var en udvidelse af det populære CP/M-operativsystem, der var udviklet af Gary Kildall hos Digital Research og baseret på Zilogs Z80. IBM’s Boca Raton-gruppe forstod den dynamik, der lå bag CP/M som en åben standard, og derfor bestilte de Digital Research til at udvikle en version, kaldet CP/M-86. Senere i processen kom Microsoft imidlertid med styresystemet MS-DOS, som der allerede er blevet skrevet meget om. Og så udviklede pc-verdenen sig i en anden retning for både styresystemet og mikroprocessoren.
Så hvad kan man lære af denne historie? Den ene er, at for enhver, der udvikler et produkt baseret på højteknologi i hurtig forandring, er det afgørende at være først på markedet, uanset hvor omfattende begrænsningerne i det oprindelige produkt måtte være; i dag er dette koncept kendt af Silicon Valley-typer som at skabe et “minimalt levedygtigt produkt”. Forudsat at dit produkt har markante nye muligheder, vil dine kunder udforske innovative måder at bruge det på.
Den anden lære er, at hvis du leder en stor virksomhed, der ønsker at skabe et skunk works-projekt uden traditionel bagage, så tænk grundigt over de begrænsninger, du pålægger det. Det er sandsynligt, at en begrænsning af styresystemet til IBM-pc’en ville have givet IBM en langt bedre værdi på lang sigt, end hvis man havde indført besværlige kvalifikationsprocedurer. Ingen kunne have forudset omfanget af de personlige computeres indflydelse, men den virkelige værdi lå i kompatibiliteten med styresystemet snarere end i hardwaren. Hvis IBM og ikke Microsoft havde kontrolleret MS-DOS, Windows og så videre, ville computerverdenen nu være et andet miljø.
Til sidst vil jeg sige til folk, der hovedsagelig er tilskuere til en højteknologisk parade af begivenheder, at de skal holde øjnene åbne for muligheder. I TI’s tilfælde konkluderede vi i 1979, at TMS9900 havde tabt kapløbet om mikroprocessorer til generelle formål, og derfor kiggede vi fremad mod det, der ville være vigtigt efter mikroprocessorer til generelle formål. Vores strategi fokuserede på mikroprocessorer til særlige formål og førte til udviklingen af TMS320-serien af digitale signalprocessorer . 320 DSP-familien og dens afledte produkter, der blev annonceret på den internationale konference om faste kredsløb i februar 1982 og introduceret året efter, blev næsten halvdelen af TI’s omsætning, dannede virksomhedens nuværende ledelse og satte TI i en konkurrencedygtig position i kapløbet om det indlejrede processorsystem på en chip. I 1990’erne vendte denne strategi TI’s nedgang i rangering blandt de bedste halvledervirksomheder og genererede milliarder af dollars i chipsalg til basebåndsmodemmer, diskdrevscontrollere og en lang række andre produkter.
En rettelse til denne artikel blev foretaget den 26. juni 2017.
Om forfatteren
Walden C. Rhines er bestyrelsesformand og administrerende direktør for Mentor Graphics i Wilsonville, Ore.
