Se usate un computer portatile o desktop, è probabile che abbia un microprocessore della linea Intel 808x, indipendentemente dal fatto che sia una macchina Windows o un Mac. Il dominio assoluto di questi microprocessori Intel risale al 1978, quando IBM scelse l’8088 per il suo primo personal computer. Eppure quella scelta era tutt’altro che ovvia. Infatti, alcuni che conoscono la storia affermano che l’Intel 8088 era il peggiore tra i vari microprocessori a 16 bit possibili all’epoca.
Non lo era. C’era una seria alternativa che era peggiore. Lo so perché ero a capo dell’organizzazione della Texas Instruments che l’ha sviluppata: il TMS9900. Sebbene questo cane di un chip sia stato usato nel primo home computer a 16 bit del mondo, probabilmente non ne avete mai sentito parlare. Come si dice, la storia è scritta dai vincitori.
Questo particolare capitolo della storia è interessante non solo per il chip di TI ma anche per un altro anch’esso non riuscito, il Motorola 68000, che era tecnologicamente superiore sia all’Intel 8088 che al TMS9900. Eppure il 68000 non finì nel PC IBM. Ecco la storia di come IBM ha scelto un chip inferiore, TI ha partorito un perdente, e anche l’apparente vincitore di Motorola ha perso.
Sono entrato in Texas Instruments nel 1972, fresco di laurea, e circa due anni dopo mi sono trovato a fare una presentazione a Jack Carsten, il manager della divisione MOS di TI a Houston, dove si basava il lavoro dell’azienda sui chip a semiconduttore metallo-ossido. Come giovane ingegnere, ero in qualche modo intimidito da Jack, che sedeva con i piedi sul tavolo della sala conferenze durante tutta la mia presentazione, fumando un sigaro e borbottando “bull****” quando non era d’accordo con qualcosa che veniva detto.
All’epoca, le “Big 3” aziende di semiconduttori – Fairchild, Motorola e TI – stavano lottando per fare la transizione dai circuiti integrati bipolari ai circuiti a semiconduttori a ossido di metallo. I chip MOS richiedevano un design e una tecnologia di processo sostanzialmente diversi da quelli dei chip bipolari, e le startup di chip come Intel si muovevano molto più velocemente delle aziende consolidate. Dei 3 grandi, TI aveva fatto il miglior lavoro di transizione, grazie in gran parte a persone come L.J. Sevin, che lasciò TI nel 1969 per formare Mostek e in seguito divenne un venture capitalist. Carsten, che aveva precedentemente servito come direttore generale della redditizia famiglia di prodotti TTL (transistor-transistor logic) di TI, fu anche un giocatore chiave nel fare il passaggio al MOS.
La divisione MOS di TI aveva raggiunto il suo più notevole successo con i chip logici per il mercato emergente delle calcolatrici portatili. Anche se l’azienda aveva gareggiato con, e alla fine battuto, Intel per sviluppare il primo microprocessore general-purpose, gli ingegneri di TI non prestarono molta attenzione ai microprocessori Intel 4004 a 4 bit o 8008 a 8 bit. TI prese nota dei microprocessori a 8 bit 8080 e del successivo 8080A di Intel, che mostravano molte più promesse del 4004. Alla divisione MOS fu dato il compito di recuperare il ritardo di Intel sia nei microprocessori che nella DRAM (o memoria dinamica ad accesso casuale, che può stipare più celle di memoria per chip rispetto alla RAM statica, ma deve essere costantemente aggiornata per prevenire la perdita di dati).
E così, alla TI emerse una strategia per lo sviluppo di microprocessori di uso generale. I presupposti chiave dietro la strategia erano che il software applicativo avrebbe guidato l’evoluzione di questi chip e che con una linea di successo di circuiti integrati MOS, TI sarebbe stata in grado di sviluppare uno standard industriale per minicomputer, sistemi di difesa e prodotti di consumo, tutte attività in rapida crescita per la società. Ma per fare ciò, TI avrebbe dovuto superare l’attuale stato dell’arte a 8 bit, rappresentato dall’8080 di Intel, ed essere la prima ad arrivare sul mercato con un’architettura a 16 bit. Da questa strategia emerse il piano per il TMS9900.
TI aveva già dimostrato la sua abilità informatica nella corsa al supercomputer della fine degli anni ’60. A guidare quella corsa erano le compagnie petrolifere che cercavano un vantaggio competitivo nell’analisi sismica 3D per l’esplorazione petrolifera, che era il business fondante di TI. IBM, Control Data Corporation e altri hanno gareggiato in questa corsa, ma TI è stata la prima a immettere sul mercato il suo Advanced Scientific Computer.
Così per TI, selezionare un’architettura di chip per il microprocessore a 16 bit è stato semplice. TI aveva una strategia di “un’azienda, un’architettura di computer”, che mirava a sfruttare qualsiasi sinergia tra le diverse divisioni dell’azienda. La divisione Data Systems di TI aveva già lanciato una famiglia di minicomputer basati su TTL per l’uso in Ramada Inns attraverso gli Stati Uniti. Così il TMS9900 avrebbe usato un’architettura di chip molto simile a quella del minicomputer TI.
Il team di Carsten sapeva che lo sviluppo del TMS9900 – così come una versione bipolare per il mercato militare chiamata SBP9900 – avrebbe richiesto tempo e che i chip probabilmente non sarebbero stati pronti fino al 1975 o ’76. Nel frattempo, la divisione MOS doveva agire. Il piano era di iniziare copiando l’Intel 8080A per avere qualcosa sul mercato, poi sviluppare un’architettura di microprocessore a 8 bit originale TI (che sarebbe stato chiamato TMS5500), e infine passare al TMS9900 a 16 bit. (National Semiconductor aveva già rilasciato un chip set di logica generale a 16 bit, chiamato IMP-16, ma a causa dei suoi chip multipli, non raggiunse mai molta popolarità.)
Il TMS9900 ebbe la sua buona dose di sfide e ritardi nello sviluppo, ma fu finalmente pronto nel 1976. Anche allora dovette affrontare diversi grossi problemi. Primo, non c’erano chip periferici compatibili a 16 bit. Senza chip periferici per gestire le comunicazioni e la memorizzazione, il microprocessore sarebbe stato inutile per i progetti di sistema. Il secondo problema era che l’architettura del 9900, essendo la stessa usata nei minicomputer di TI, aveva solo 16 bit di spazio di indirizzo logico, che era lo stesso dei microprocessori a 8 bit dell’epoca. Questo problema non poteva essere risolto senza sviluppare un’architettura completamente nuova. Il problema finale era che mentre TI poteva usare una singola tecnologia del microprocessore per i suoi minicomputer, la difesa e le attività dei semiconduttori, i concorrenti in queste attività sarebbero stati in svantaggio se avessero adottato l’architettura del microprocessore TI nei loro prodotti.
Per attaccare la mancanza di periferiche a 16-bit per il TMS9900, gli ingegneri TI sono arrivati a un’innovazione. Perché non mettere una porta a 8-bit sul TMS9900, in modo che il gran numero di chip periferici esistenti progettati per microprocessori a 8-bit avrebbe funzionato con esso? Sono sicuro che l’idea suonava ragionevole all’epoca. Il risultato fu il TMS9980, che emerse nel 1977. L’attacco di una periferica a 8 bit a un microprocessore a 16 bit negava l’unico vero vantaggio dell’architettura a 16 bit: le sue prestazioni. Il 9980 impiegava due cicli di istruzione per eseguire un’istruzione per una periferica a 8 bit, dimezzando così le prestazioni effettive e non rendendolo migliore dei microprocessori a 8 bit esistenti. Prima che il grande piano di TI fosse realizzato, Carsten lasciò per diventare vicepresidente delle vendite e del marketing di Intel, senza dubbio intuendo che Intel sarebbe stato un concorrente difficile da battere nel mercato dei microprocessori.
Intel stava, naturalmente, sviluppando il proprio microprocessore a 16 bit, l’8086, che fu infine introdotto nell’aprile 1978. L’azienda ha affrontato la mancanza di chip periferici a 16 bit compatibili esattamente nello stesso modo in cui l’aveva fatto TI, aggiungendo una porta a 8 bit al suo microprocessore, che ha prodotto l’Intel 8088. Come il TI 9980, anche l’Intel 8088 era un cane, mostrando prestazioni ridotte rispetto all’8086 in qualsiasi progetto di sistema reale. Il chip Intel aveva un vantaggio fondamentale rispetto al chip TI: Aveva 20 bit di spazio di indirizzamento logico invece di 16. Questo si traduce nella capacità di indirizzare un megabyte di memoria, rispetto ai 64K byte del 9900 di TI. Inoltre, i registri off-chip per il TMS9900 e 9980 rallentavano ancora di più le loro prestazioni.
E mentre Intel aveva sviluppato con successo fonti di produzione alternative per l’8086, TI faticava a chiudere accordi simili. All’epoca, la maggior parte dei clienti voleva almeno due fornitori concorrenti per ogni nuova famiglia di componenti a semiconduttore, per assicurare la disponibilità del prodotto e mantenere bassi i prezzi.
Nel frattempo, alcuni concorrenti avevano annunciato piani per i propri microprocessori general-purpose a 16 bit. Il 68000 di Motorola era il più ambizioso. Anche se aveva 16 pin esterni, in realtà aveva un’architettura a 32 bit internamente, con la capacità di indirizzare 24 bit di spazio di indirizzo logico esternamente. Un prodotto successivo sarebbe stato probabilmente in grado di indirizzare 32 bit. Zilog, creatore del popolare microprocessore Z80 a 8 bit, annunciò che avrebbe introdotto lo Z8000 a 16 bit, che aveva una memoria segmentata, alla fine del 1978 o all’inizio del 1979. A differenza del 68000, però, lo Z8000 aveva una semplice architettura a 16 bit.
Nell’ottobre 1978, sei mesi dopo l’annuncio dell’Intel 8086, mi sono trasferito alla divisione MOS di TI e sono diventato il responsabile dei microprocessori. A quel punto, tutti in azienda, e molte persone al di fuori dell’azienda, sapevano che la strategia dei microprocessori a 16 bit di TI non stava funzionando. Ad aggravare il problema c’era il tentativo largamente fallito della divisione di sviluppare un microcontrollore a 16 bit compatibile, chiamato TMS9940, che al mio arrivo era al suo quinto o sesto giro. Sapevo che stavo ereditando una situazione difficile. Allora perché avrei dovuto rinunciare a un buon lavoro come responsabile del dipartimento di ingegneria del gruppo di prodotti di consumo? La risposta è: posizione, posizione, posizione. Il business dei microprocessori aveva sede a Houston, mentre TI aveva spostato il gruppo dei prodotti di consumo a Lubbock, Texas. Lubbock è una città dove la risposta corretta alla domanda “Come ti piace vivere qui?” è “La gente è meravigliosa”. Il cantante di musica country Mac Davis, che è cresciuto lì, una volta scrisse una canzone il cui ritornello diceva “Pensavo che la felicità fosse Lubbock, Texas, nel mio specchietto retrovisore.”
Poco dopo il mio arrivo a Houston, mi fu detto che avrei dovuto fare una presentazione sul TMS9900 a un gruppo di IBM che stava lavorando su un progetto molto segreto che richiedeva un microprocessore a 16 bit. Il gruppo veniva da una località piuttosto insolita per IBM: Boca Raton, Florida. Ho passato molto tempo a prepararmi, ho fatto quella che pensavo fosse una presentazione ben fatta, e ho seguito diligentemente. Ma il team IBM mostrò un entusiasmo limitato. Non avremmo saputo fino al 1981 cosa avevamo perso.
John Opel, presidente e poi CEO di IBM, aveva fatto qualcosa di piuttosto rivoluzionario quando formò il gruppo di Boca Raton, che poi divenne noto come Entry Systems Division. Si rese conto che i personal computer di Apple, Commodore, Radio Shack, TI e altri avrebbero potuto rappresentare una minaccia al dominio di IBM nel settore dei computer. Così diede al gruppo di Boca Raton, che riferiva a Philip (Don) Estridge, carta bianca sul prodotto che stava sviluppando – che era il personal computer IBM, naturalmente. Potevano usare terze parti per qualsiasi cosa scegliessero, compreso il sistema operativo e il software applicativo. Questa libertà rendeva il sistema abbastanza “aperto” per gli standard di IBM, e presumibilmente avrebbe accelerato il tempo di commercializzazione. Opel impose comunque una restrizione. Il prodotto avrebbe portato il nome IBM, quindi non avrebbe potuto danneggiare la reputazione aziendale di qualità e affidabilità. A tal fine, la massiccia organizzazione di assicurazione della qualità di IBM doveva firmare il prodotto prima che potesse essere rilasciato.
La scelta di un microprocessore a 16 bit da parte del team IBM non poteva essere un grande dibattito. Il Motorola 68K, come fu conosciuto più tardi, era senza dubbio il vincitore a mani basse. Aveva il più grande spazio di indirizzi logici, che era ancora più importante dell’architettura interna minima a 16 bit. Era anche facilmente espandibile ad una vera e propria architettura a 32 bit. E, cosa più importante, il 68K era un “Big Endian”, a differenza degli altri contendenti. I termini “Big Endian” e “Little Endian” si riferiscono all’ordine in cui un computer memorizza i byte nella memoria. Poiché le architetture a 16 bit si sono evolute da quelle a 8 bit, gli ingegneri dovevano decidere quale byte a 8 bit veniva prima in una parola a 16 bit. Digital Equipment Corp. scelse l’approccio Little Endian per le sue architetture Programmed Data Processor (PDP) e VAX. Anche Intel optò per Little Endian. Ma i computer IBM erano tutti Big Endian. Per far parlare un Big Endian con un Little Endian, l’ordine dei byte doveva essere invertito in tempo reale. Questa conversione di dati non era banale all’epoca. Il 68K di Motorola non richiedeva tale conversione per l’uso con il PC IBM. Allora perché non stiamo tutti usando computer basati sul 68K oggi?
La risposta torna ad essere il primo sul mercato. L’8088 di Intel può essere stato imperfetto ma almeno era pronto, mentre il 68K di Motorola non lo era. E l’accurato processo di qualificazione dei componenti di IBM richiedeva che un produttore offrisse migliaia di campioni “rilasciati in produzione” di ogni nuova parte in modo che IBM potesse eseguire test di vita e altre caratterizzazioni. IBM aveva centinaia di ingegneri che si occupavano del controllo qualità, ma la qualificazione dei componenti richiedeva tempo. Nella prima metà del 1978, Intel aveva già campioni rilasciati in produzione dell’8088. Alla fine del 1978, il 68K di Motorola non era ancora pronto per il rilascio in produzione.
E sfortunatamente per Motorola, il gruppo di Boca Raton voleva portare il suo nuovo PC IBM sul mercato il più velocemente possibile. Così avevano solo due microprocessori a 16 bit pienamente qualificati tra cui scegliere. In una competizione tra due chip imperfetti, quello di Intel era meno imperfetto di quello di TI.
Il TMS9900 di TI non è morto in silenzio dopo aver mancato l’anello di ottone del PC IBM. Gli alti dirigenti avevano ancora la speranza di sfruttare la sinergia aziendale. Sicuramente l’home computer di TI, ancora da annunciare, potrebbe usare il TMS9900?
Il team di sviluppo del computer accettò con riluttanza di fare un tentativo. Il gruppo era il risultato di un’infelice fusione di due dipartimenti, uno che aveva sviluppato una console per videogiochi e l’altro un personal computer. Il prodotto ibrido a cui arrivarono non era adatto a nessuna delle due applicazioni. Ma TI ha perseguito ostinatamente lo stesso. Il TI-99/4, come fu chiamato, arrivò sul mercato nel 1979, seguito dal TI-99/4A nel 1981. L’azienda alla fine vendette 2.8 milioni di unità, la maggior parte delle quali con una perdita significativa, prima di ritirarsi dal mercato dell’home computer nel 1984.
Nel frattempo, l’architettura Intel 8086 si è evoluta e ha superato i suoi difetti. (È ancora un Little Endian, ma questo fa poca o nessuna differenza oggi.) E Motorola, con la sua tecnologia superiore, ha perso il singolo concorso di design più importante degli ultimi 50 anni.
Mentre sono sull’argomento degli outsider, lasciatemi dire qualche parola sul sistema operativo del PC IBM. La scelta logica per un sistema operativo a 16 bit era un’estensione del popolare sistema operativo CP/M, sviluppato da Gary Kildall alla Digital Research e basato sullo Z80 della Zilog. Il gruppo IBM di Boca Raton capì lo slancio dietro CP/M come standard aperto, e così commissionarono a Digital Research lo sviluppo di una versione, chiamata CP/M-86. Più tardi nel processo, tuttavia, Microsoft arrivò con il sistema operativo MS-DOS, sul quale è già stato scritto molto. E così il mondo dei PC si è evoluto in una direzione diversa sia per il sistema operativo che per il microprocessore.
Quali sono le lezioni da imparare da questa storia? Una è che per chiunque sviluppi un prodotto basato su un’alta tecnologia in rapido cambiamento, essere i primi a entrare sul mercato è fondamentale, non importa quanto siano estese le limitazioni del vostro prodotto iniziale; oggi, questo concetto è noto ai tipi della Silicon Valley come creazione di un “prodotto minimo vitale”. A condizione che il vostro prodotto abbia nuove capacità distintive, i vostri clienti esploreranno modi innovativi per usarlo.
La seconda lezione è che, se siete a capo di una grande azienda che vuole creare un progetto skunk works libero dal bagaglio della tradizione, pensate bene a tutte le restrizioni che mettete su di esso. È probabile che limitare il sistema operativo per il PC IBM avrebbe fornito all’IBM un valore a lungo termine molto migliore che imporre onerose procedure di qualificazione. Nessuno avrebbe potuto prevedere la grandezza dell’impatto dei personal computer, ma il vero valore stava nella compatibilità del sistema operativo piuttosto che nell’hardware. Se IBM, e non Microsoft, avesse controllato MS-DOS, Windows, e così via, il mondo dell’informatica sarebbe ora un ambiente diverso.
Infine, per le persone che sono principalmente spettatori di una parata di eventi high-tech, tenere gli occhi aperti per le opportunità. Nel caso di TI, abbiamo concluso nel 1979 che il TMS9900 aveva perso la gara dei microprocessori di uso generale, e così abbiamo guardato avanti a ciò che sarebbe stato importante dopo i microprocessori di uso generale. La nostra strategia si è concentrata sui microprocessori di uso speciale e ha portato allo sviluppo della serie TMS320 di processori di segnali digitali. Annunciata all’International Solid-State Circuits Conference nel febbraio 1982 e introdotta l’anno successivo, la famiglia 320 DSP e i suoi derivati divennero quasi la metà delle entrate di TI, prepararono l’attuale management dell’azienda e misero TI in una posizione competitiva per la corsa al sistema di processori incorporati su un chip. Negli anni ’90, questa strategia ha invertito il declino di TI nella classifica tra le principali aziende di semiconduttori e ha generato miliardi di dollari in vendite di chip per modem a banda larga, controller di unità disco e un’ampia varietà di altri prodotti.
Una correzione a questo articolo è stata fatta il 26 giugno 2017.
Informazioni sull’autore
Walden C. Rhines è presidente e CEO di Mentor Graphics, a Wilsonville, Ore.