Als je een laptop of desktop computer gebruikt, is de kans groot dat er een microprocessor in zit uit de Intel 808x lijn, ongeacht of het een Windows machine of een Mac is. De absolute dominantie van deze Intel-microprocessoren gaat terug tot 1978, toen IBM de 8088 koos voor zijn eerste personal computer. Toch was die keuze verre van vanzelfsprekend. Sterker nog, sommigen die de geschiedenis kennen, beweren dat de Intel 8088 de slechtste was onder de verschillende mogelijke 16-bit microprocessoren van die tijd.
Het was niet zo. Er was een serieus alternatief dat nog slechter was. Ik weet dat omdat ik de leiding had over de organisatie binnen Texas Instruments die het ontwikkelde: de TMS9900. Hoewel deze hond van een chip werd gebruikt in ’s werelds eerste 16-bit home computer, heb je er waarschijnlijk nog nooit van gehoord. Zoals men zegt, geschiedenis wordt geschreven door de winnaars.
Dit specifieke hoofdstuk van de geschiedenis is niet alleen interessant vanwege TI’s chip, maar ook vanwege een andere verliezer, de Motorola 68000, die technologisch superieur was aan zowel de Intel 8088 als de TMS9900. En toch kwam de 68000 niet terecht in de IBM PC. Hier is het verhaal van hoe IBM een inferieure chip koos, TI een verliezer baarde, en Motorola’s ogenschijnlijke winnaar ook verloor.
Ik kwam in 1972 bij Texas Instruments werken, vers van de academie, en ongeveer twee jaar later gaf ik een presentatie aan Jack Carsten, de manager van TI’s MOS Divisie in Houston, waar het werk van het bedrijf aan metaal-oxide-halfgeleiderchips was gebaseerd. Als jonge ingenieur was ik enigszins geïntimideerd door Jack, die tijdens mijn presentatie met zijn voeten op de vergadertafel zat, een sigaar rookte en “bull****” mompelde als hij het niet eens was met iets dat werd gezegd.
In die tijd worstelden de “Grote 3” halfgeleiderbedrijven – Fairchild, Motorola en TI – met de overgang van bipolaire geïntegreerde schakelingen naar metaal-oxide-halfgeleider schakelingen. MOS-chips vereisten een heel andere ontwerp- en procestechnologie dan die van bipolaire chips, en chipstartups zoals Intel gingen veel sneller dan de gevestigde bedrijven. Van de grote 3 had TI de overgang het beste doorgevoerd, grotendeels dankzij mensen als L.J. Sevin , die TI in 1969 verliet om Mostek op te richten en later durfkapitalist werd. Carsten, die eerder had gediend als algemeen directeur van TI’s winstgevende transistor-transistor logica (TTL) familie van producten, was ook een belangrijke speler in het maken van de overstap naar MOS.
TI’s MOS-divisie had zijn meest opmerkelijke succes behaald met logische chips voor de opkomende markt van handheld rekenmachines. Hoewel het bedrijf had geconcurreerd met, en uiteindelijk Intel had verslagen bij de ontwikkeling van de eerste microprocessor voor algemeen gebruik, besteedden de TI-ingenieurs niet echt veel aandacht aan de Intel 4-bit 4004 of 8-bit 8008 microprocessoren. TI nam wel nota van Intels 8080 en latere 8080A 8-bit microprocessoren, die veelbelovender bleken dan de 4004. De MOS-divisie kreeg de taak om Intel in te halen op het gebied van zowel microprocessoren als DRAM (of dynamisch willekeurig toegankelijk geheugen, dat meer geheugencellen per chip kan bevatten dan statisch RAM, maar dat voortdurend moet worden ververst om gegevensverlies te voorkomen).
En zo ontstond bij TI een strategie voor de ontwikkeling van microprocessoren voor algemeen gebruik. De belangrijkste veronderstellingen achter deze strategie waren dat toepassingssoftware de evolutie van deze chips zou aansturen en dat TI met een succesvolle reeks MOS IC’s in staat zou zijn een industriestandaard te ontwikkelen voor minicomputers, defensiesystemen en consumentenproducten, stuk voor stuk snel groeiende activiteiten voor het bedrijf. Maar om dat te kunnen doen, moest TI de huidige 8-bit stand van de techniek, vertegenwoordigd door Intels 8080, achter zich laten en als eerste met een 16-bit architectuur op de markt komen. Uit deze strategie ontstond het plan voor de TMS9900.
TI had zijn computerkwaliteiten al aangetoond in de supercomputer race van de late jaren 1960. De drijvende kracht achter die wedloop waren oliemaatschappijen die een concurrentievoordeel zochten in 3D seismische analyse voor olie-exploratie, wat de oprichtingsactiviteit van TI was. IBM, Control Data Corporation en anderen deden mee in deze wedloop, maar TI was de eerste die zijn Advanced Scientific Computer op de markt bracht.
Voor TI was de keuze van een chiparchitectuur voor de 16-bit microprocessor dan ook een eenvoudige zaak. TI had een strategie van “één bedrijf, één computerarchitectuur”, die erop gericht was alle synergieën tussen de verschillende divisies van het bedrijf te benutten. TI’s Data Systems Divisie had reeds een familie TTL-gebaseerde minicomputers op de markt gebracht voor gebruik in Ramada Inns in de Verenigde Staten. De TMS9900 zou dus een chiparchitectuur gebruiken die sterk leek op die van de TI minicomputer.
Carsten’s team wist dat de ontwikkeling van de TMS9900 – evenals een bipolaire versie voor de militaire markt, de SBP9900 genaamd – tijd zou vergen en dat de chips waarschijnlijk niet voor 1975 of ’76 klaar zouden zijn. In de tussentijd moest de MOS-divisie in actie komen. Het plan was om te beginnen met het kopiëren van de Intel 8080A om iets op de markt te krijgen, vervolgens een originele 8-bit microprocessorarchitectuur van TI te ontwikkelen (die de TMS5500 zou gaan heten), en tenslotte over te gaan op de 16-bit TMS9900. (National Semiconductor had al een 16-bit logische chipset voor algemeen gebruik uitgebracht, de IMP-16, maar vanwege de meervoudige chips is die nooit erg populair geworden.)
De TMS9900 had zijn deel aan ontwikkelingsproblemen en vertragingen, maar was uiteindelijk klaar in 1976. Zelfs toen kampte hij met een aantal grote problemen. Ten eerste waren er geen compatibele 16-bit periferie chips. Zonder perifere chips voor communicatie en opslag zou de microprocessor waardeloos zijn voor systeemontwerpen. Het tweede probleem was dat de 9900-architectuur, die dezelfde was als die welke in TI’s minicomputers werd gebruikt, slechts 16 bits logische adresruimte had, hetgeen hetzelfde was als de 8-bit microprocessoren van die tijd. Dit probleem kon niet worden opgelost zonder een geheel nieuwe architectuur te ontwikkelen. Het laatste probleem was dat TI weliswaar één microprocessortechnologie kon gebruiken voor zijn minicomputer-, defensie- en halfgeleideractiviteiten, maar dat concurrenten in die sectoren in het nadeel zouden zijn als zij de TI microprocessorarchitectuur in hun producten zouden opnemen.
Om het gebrek aan 16-bit randapparatuur voor de TMS9900 aan te pakken, landden TI ingenieurs op een innovatie. Waarom geen 8-bit poort op de TMS9900, zodat het grote aantal bestaande randapparatuurchips, ontworpen voor 8-bit microprocessoren, er ook mee zouden werken? Ik weet zeker dat het idee op dat moment redelijk klonk. Het resultaat was de TMS9980, die in 1977 op de markt kwam. Het koppelen van een 8-bit randapparaat aan een 16-bit microprocessor deed het enige echte voordeel van de 16-bit architectuur teniet: de prestaties. De 9980 had twee instructiecycli nodig om een instructie voor een 8-bit randapparaat uit te voeren, waardoor de effectieve prestaties werden gehalveerd en hij niet beter was dan de bestaande 8-bit microprocessoren. Voordat TI’s grootse plan werd gerealiseerd, vertrok Carsten om VP van verkoop en marketing bij Intel te worden, ongetwijfeld aanvoelend dat Intel een moeilijk te verslaan concurrent zou worden op de microprocessor markt.
Intel was natuurlijk bezig met de ontwikkeling van zijn eigen 16-bit microprocessor, de 8086, die uiteindelijk in april 1978 werd geïntroduceerd. Het bedrijf pakte het gebrek aan compatibele 16-bit randapparatuurchips op precies dezelfde manier aan als TI had gedaan, door een 8-bit poort aan zijn microprocessor toe te voegen, wat de Intel 8088 opleverde. Net als de TI 9980 was ook de Intel 8088 een hond, die in elk echt systeemontwerp minder goed presteerde dan de 8086. De Intel chip had wel een fundamenteel voordeel ten opzichte van de TI chip: Hij had 20 bits logische adresruimte in plaats van 16. Dat betekent dat één megabyte geheugen kan worden geadresseerd, in vergelijking met 64K bytes voor TI’s 9900. Bovendien vertraagden de off-chip registers voor de TMS9900 en 9980 hun prestaties nog meer.
En terwijl Intel met succes alternatieve produktiebronnen voor de 8086 had ontwikkeld, had TI moeite om vergelijkbare deals te sluiten. In die tijd wilden de meeste klanten ten minste twee concurrerende leveranciers voor elke nieuwe familie van halfgeleidercomponenten, om de beschikbaarheid van het product te garanderen en de prijzen laag te houden.
Tussen hadden enkele concurrenten plannen aangekondigd voor hun eigen 16-bit general-purpose microprocessors. Motorola’s 68000 was de meest ambitieuze. Hoewel het 16 externe pinnen had, had het in feite een 32-bit architectuur intern, met de mogelijkheid om 24 bits logische adresruimte extern te adresseren. Een volgend product zou waarschijnlijk 32 bits kunnen adresseren. Zilog, de maker van de populaire 8-bit Z80 microprocessor, kondigde eind 1978 of begin 1979 de 16-bit Z8000 aan, die een gesegmenteerd geheugen had. In tegenstelling tot de 68000, had de Z8000 echter een eenvoudige 16-bit architectuur.
In oktober 1978, zes maanden na de aankondiging van de Intel 8086, verhuisde ik naar TI’s MOS Divisie en werd de manager voor microprocessoren. Tegen die tijd wist iedereen bij het bedrijf, en veel mensen buiten het bedrijf, dat TI’s 16-bit microprocessor strategie niet werkte. Dat probleem werd nog verergerd door de grotendeels mislukte poging van de divisie om een compatibele 16-bit microcontroller te ontwikkelen, de TMS9940, die al aan zijn vijfde of zesde poging bezig was tegen de tijd dat ik arriveerde. Ik wist dat ik een moeilijke situatie zou erven. Dus waarom zou ik een goede baan opgeven als manager van de engineeringafdeling van de groep consumentenproducten? Het antwoord is locatie, locatie, locatie. De microprocessoractiviteiten waren gevestigd in Houston, terwijl TI de groep consumentenproducten had overgeplaatst naar Lubbock, Texas. Lubbock is een stad waar het juiste antwoord op de vraag: “Hoe vind je het om hier te wonen?” luidt: “De mensen zijn geweldig.” De country muziek zanger Mac Davis, die er opgroeide, schreef ooit een liedje met als refrein “I thought happiness was Lubbock, Texas, in my rearview mirror.”
Kort nadat ik in Houston was aangekomen, kreeg ik te horen dat ik een presentatie moest geven over de TMS9900 aan een groep van IBM die werkte aan een zeer geheim project waarvoor een 16-bit microprocessor nodig was. De groep kwam van een nogal ongebruikelijke locatie voor IBM: Boca Raton, Florida. Ik besteedde veel tijd aan de voorbereiding, gaf een in mijn ogen goed verzorgde presentatie, en volgde die ijverig op. Maar het IBM-team toonde weinig enthousiasme. We zouden pas in 1981 weten wat we precies hadden verloren.
John Opel, president en toenmalig CEO van IBM, had iets tamelijk revolutionairs gedaan toen hij de Boca Raton-groep oprichtte, die later bekend werd als de Entry Systems Division. Hij realiseerde zich dat personal computers van Apple, Commodore, Radio Shack, TI, en anderen op den duur een bedreiging zouden kunnen vormen voor IBM’s dominante positie in de computerbusiness. Dus gaf hij de Boca Raton groep, die rapporteerde aan Philip (Don) Estridge, carte blanche voor het product dat zij aan het ontwikkelen waren – en dat was natuurlijk de IBM personal computer. Ze konden derden gebruiken voor alles wat ze maar wilden, inclusief het besturingssysteem en de toepassingssoftware. Deze vrijheid maakte het systeem naar IBM’s maatstaven vrij “open”, en het zou de tijd om het op de markt te brengen vermoedelijk versnellen. Opel legde echter één beperking op. Het product zou de naam IBM dragen, dus het mocht de reputatie van het bedrijf op het gebied van kwaliteit en betrouwbaarheid niet schaden. Daarom moest IBM’s kwaliteits-organisatie het product goedkeuren voordat het kon worden uitgebracht.
De keuze van een 16-bit microprocessor door het IBM team kan niet veel discussie zijn geweest. De Motorola 68K, zoals hij later bekend werd, was zonder twijfel de winnaar. Hij had de grootste logische adresruimte, wat nog belangrijker was dan de minimale 16-bit interne architectuur. Het was ook gemakkelijk uit te breiden tot een volwaardige 32-bit architectuur. En, het belangrijkste, de 68K was een “Big Endian”, in tegenstelling tot de andere mededingers. De termen “Big Endian” en “Little Endian” verwijzen naar de volgorde waarin een computer bytes in het geheugen opslaat. Toen 16-bit architecturen zich ontwikkelden van 8-bit architecturen, moesten ingenieurs beslissen welke 8-bit byte eerst kwam in een 16-bit woord. Digital Equipment Corp. koos voor de Little Endian-benadering voor zijn Programmed Data Processor (PDP) en VAX-architecturen. Intel koos ook voor Little Endian. Maar IBM’s computers waren allemaal Big Endians. Om een Big Endian met een Little Endian te laten praten, moest de bytevolgorde in real time worden omgedraaid. Deze omzetting van gegevens was in die tijd onbelangrijk. Motorola’s 68K vereiste geen dergelijke conversie voor gebruik met de IBM PC. Dus waarom gebruiken we vandaag de dag niet allemaal computers die op 68K zijn gebaseerd?
Het antwoord komt terug op het als eerste op de markt komen. Intels 8088 was misschien niet perfect, maar hij was er tenminste klaar voor, terwijl de Motorola 68K dat niet was. En IBM’s grondige kwalificatieproces voor componenten vereiste dat een fabrikant duizenden “productievrijgegeven” monsters van elk nieuw onderdeel aanbood, zodat IBM levensduurtests en andere karakteriseringen kon uitvoeren. IBM had honderden ingenieurs die zich bezighielden met kwaliteitsborging, maar componentkwalificaties kosten tijd. In de eerste helft van 1978 had Intel al monsters van de 8088 in productie genomen. Eind 1978 was Motorola’s 68K nog steeds niet helemaal klaar voor productie-release.
En helaas voor Motorola wilde de Boca Raton groep zijn nieuwe IBM PC zo snel mogelijk op de markt brengen. Dus hadden ze slechts twee volledig gekwalificeerde 16-bit microprocessoren om uit te kiezen. In een competitie tussen twee onvolmaakte chips, was de chip van Intel minder onvolmaakt dan die van TI.
TI’s TMS9900 is niet stilletjes gestorven na het missen van de koperen ring van de IBM PC. Topmanagers hielden nog steeds hoop op het benutten van bedrijfssynergie. TI’s nog aan te kondigen thuiscomputer zou toch zeker gebruik kunnen maken van de TMS9900?
Het computer ontwikkelingsteam stemde er schoorvoetend mee in om het een kans te geven. De groep was het resultaat van een ongelukkige fusie van twee afdelingen, een die een videospelconsole had ontwikkeld en de andere een personal computer. Het hybride product dat zij bedachten, was voor geen van beide toepassingen geschikt. Maar TI ging er toch hardnekkig mee door. De TI-99/4, zoals hij werd genoemd, kwam in 1979 op de markt, gevolgd door de TI-99/4A in 1981. Het bedrijf verkocht uiteindelijk 2,8 miljoen eenheden, de meeste met aanzienlijk verlies, voordat het zich in 1984 terugtrok uit de thuiscomputermarkt.
Terwijl ontwikkelde de Intel 8086 architectuur zich en overwon haar tekortkomingen. (Het is nog steeds een Little Endian, maar dat maakt tegenwoordig weinig of geen verschil meer.) En Motorola, met zijn superieure technologie, verloor de belangrijkste ontwerpwedstrijd van de laatste 50 jaar.
Nu ik het toch over de tegenvallers heb, wil ik graag iets zeggen over het besturingssysteem van de IBM PC. De logische keuze voor een 16-bit besturingssysteem was een uitbreiding van het populaire CP/M besturingssysteem, ontwikkeld door Gary Kildall bij Digital Research en gebaseerd op Zilog’s Z80. IBM’s Boca Raton groep begreep het momentum achter CP/M als een open standaard, en daarom gaven zij Digital Research opdracht een versie te ontwikkelen, CP/M-86 genaamd. Later in het proces kwam Microsoft echter met het besturingssysteem MS-DOS, waarover al veel is geschreven. En zo evolueerde de wereld van de PC’s in een andere richting, zowel voor het besturingssysteem als voor de microprocessor.
Wat zijn nu de lessen die uit deze geschiedenis kunnen worden getrokken? Een ervan is dat voor iedereen die een product ontwikkelt op basis van snel veranderende spitstechnologie, het van het grootste belang is om als eerste op de markt te komen, hoe groot de beperkingen van je aanvankelijke product ook mogen zijn; tegenwoordig staat dit concept bij Silicon Valley-types bekend als het creëren van een “minimaal levensvatbaar product”. Op voorwaarde dat uw product onderscheidende nieuwe mogelijkheden heeft, zullen uw klanten innovatieve manieren ontdekken om het te gebruiken.
De tweede les is dat, als u een groot bedrijf leidt dat een skunk works-project wil creëren dat vrij is van de bagage van traditie, u goed moet nadenken over eventuele beperkingen die u erop legt. Het is waarschijnlijk dat het beperken van het besturingssysteem voor de IBM PC IBM op lange termijn veel meer waarde zou hebben opgeleverd dan het opleggen van zware kwalificatieprocedures. Niemand kon de omvang van de impact van personal computers voorzien, maar de echte waarde lag eerder in de compatibiliteit van het besturingssysteem dan in de hardware. Als IBM, en niet Microsoft, de baas was geweest over MS-DOS, Windows, enzovoort, zou de computerwereld er nu heel anders uitzien.
Ten slotte, voor mensen die voornamelijk als omstander toekijken bij een high-tech parade van gebeurtenissen, houd uw ogen open voor kansen. In het geval van TI concludeerden we in 1979 dat de TMS9900 de race om de general-purpose microprocessor had verloren, en dus keken we vooruit naar wat belangrijk zou zijn na de general-purpose microprocessors. Onze strategie richtte zich op microprocessoren voor speciale doeleinden en leidde tot de ontwikkeling van de TMS320-serie van digitale signaalprocessoren. De 320 DSP-familie, die in februari 1982 op de International Solid-State Circuits Conference werd aangekondigd en het jaar daarop werd geïntroduceerd, en de afgeleiden daarvan werden bijna de helft van TI’s omzet, zorgden voor de vorming van het huidige management van het bedrijf en brachten TI in een concurrentiepositie voor de wedloop om het ingebedde processorsysteem op een chip. In de jaren negentig keerde deze strategie TI’s daling in de rangschikking onder de top van halfgeleiderbedrijven en genereerde miljarden dollars aan chipverkopen voor basisbandmodems, schijfstationcontrollers, en een grote verscheidenheid aan andere producten.
Een correctie op dit artikel is aangebracht op 26 juni 2017.
Over de auteur
Walden C. Rhines is voorzitter en CEO van Mentor Graphics, in Wilsonville, Ore.