Jeśli używasz laptopa lub komputera stacjonarnego, są szanse, że ma on mikroprocesor z linii Intel 808x, niezależnie od tego, czy jest to maszyna z systemem Windows, czy Mac. Całkowita dominacja tych mikroprocesorów Intela sięga roku 1978, kiedy to IBM wybrał 8088 do swojego pierwszego komputera osobistego. Jednak wybór ten nie był wcale oczywisty. Rzeczywiście, niektórzy, którzy znają historię, twierdzą, że Intel 8088 był najgorszy spośród kilku możliwych 16-bitowych mikroprocesorów dnia.
Nie był. Istniała poważna alternatywa, która była gorsza. Wiem, bo byłem odpowiedzialny za organizację w Texas Instruments, która ją opracowała: TMS9900. Mimo, że ten chip został użyty w pierwszym na świecie 16-bitowym komputerze domowym, prawdopodobnie nigdy o nim nie słyszeliście. Jak to się mówi, historię piszą zwycięzcy.
Ten szczególny rozdział historii jest interesujący nie tylko ze względu na układ TI, ale także na inny układ, Motorola 68000, który był technologicznie lepszy zarówno od Intel 8088, jak i TMS9900. A jednak 68000 nie znalazł się w IBM PC. Oto wewnętrzna historia tego, jak IBM wybrał gorszy układ, TI urodziła przegranego, a pozorny zwycięzca Motorola również przegrała.
Przyłączyłem się do Texas Instruments w 1972 roku, świeżo po ukończeniu szkoły, a jakieś dwa lata później trafiłem na prezentację dla Jacka Carstena, kierownika działu MOS TI w Houston, gdzie opierała się praca firmy nad chipami metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowymi. Jako młody inżynier, byłem nieco onieśmielony przez Jacka, który siedział z nogami na stole w sali konferencyjnej przez całą moją prezentację, paląc cygaro i mrucząc „bull****”, kiedy nie zgadzał się z czymś, co zostało powiedziane.
W tym czasie, „Wielka Trójka” firm półprzewodnikowych – Fairchild, Motorola i TI – zmagała się z przejściem z bipolarnych układów scalonych na układy półprzewodnikowe z tlenkiem metalu. Układy MOS wymagały zasadniczo innej konstrukcji i technologii procesowej niż układy bipolarne, a firmy rozpoczynające produkcję układów, takie jak Intel, działały znacznie szybciej niż firmy o ustalonej pozycji. Z Wielkiej Trójki, TI najlepiej poradziła sobie z tym przejściem, w dużej mierze dzięki takim ludziom jak L.J. Sevin, który odszedł z TI w 1969 roku, aby założyć firmę Mostek, a później został inwestorem venture capital. Carsten, który wcześniej pełnił funkcję dyrektora generalnego w dochodowej rodzinie produktów TTL (transistor-transistor logic), był również kluczowym graczem w przejściu na MOS.
Dział MOS firmy TI osiągnął swój najbardziej znaczący sukces dzięki układom logicznym dla wschodzącego rynku kalkulatorów ręcznych. Chociaż firma konkurowała z Intelem i ostatecznie pokonała go w tworzeniu pierwszego mikroprocesora ogólnego przeznaczenia, inżynierowie TI nie poświęcili zbyt wiele uwagi ani 4-bitowemu 4004, ani 8-bitowemu 8008 Intela. TI zwróciła uwagę na 8-bitowe mikroprocesory 8080 i 8080A Intela, które były znacznie bardziej obiecujące niż 4004. Dział MOS otrzymał zadanie dogonienia Intela zarówno w mikroprocesorach, jak i DRAM (lub dynamicznej pamięci o dostępie swobodnym, która może upchnąć więcej komórek pamięci na chipie niż statyczna pamięć RAM, ale musi być stale odświeżana, aby zapobiec utracie danych).
I tak oto w TI wyłoniła się strategia rozwoju mikroprocesorów ogólnego przeznaczenia. Kluczowe założenia tej strategii były takie, że oprogramowanie aplikacyjne będzie napędzać ewolucję tych układów i że z udaną linią układów scalonych MOS, TI będzie w stanie opracować standard przemysłowy dla minikomputerów, systemów obronnych i produktów konsumenckich, z których wszystkie były szybko rozwijającymi się biznesami dla firmy. Jednak aby tego dokonać, TI musiało przeskoczyć obecny 8-bitowy stan techniki, reprezentowany przez 8080 Intela, i jako pierwsze wejść na rynek z architekturą 16-bitową. Z tej strategii wyłonił się plan dla TMS9900.
TI zademonstrowała już swoją komputerową sprawność w wyścigu superkomputerów pod koniec lat sześćdziesiątych. Motorem tego wyścigu były firmy naftowe szukające przewagi konkurencyjnej w trójwymiarowej analizie sejsmicznej na potrzeby poszukiwań ropy naftowej, co było podstawową działalnością TI. IBM, Control Data Corporation i inni rywalizowali w tym wyścigu, ale TI była pierwsza na rynku ze swoim Advanced Scientific Computer .
Więc dla TI, wybór architektury chipu dla 16-bitowego mikroprocesora był prosty. TI miała strategię „jedna firma, jedna architektura komputerowa”, która miała na celu wykorzystanie wszelkich synergii pomiędzy różnymi działami firmy. Dział Systemów Danych TI wprowadził już na rynek rodzinę minikomputerów opartych na technologii TTL, które były używane w zajazdach Ramada w całych Stanach Zjednoczonych. Tak więc TMS9900 używałby architektury chipu bardzo podobnej do tej z minikomputera TI.
Zespół Carstena wiedział, że rozwój TMS9900- jak również bipolarnej wersji dla rynku wojskowego o nazwie SBP9900- będzie wymagał czasu i że chipy prawdopodobnie nie będą gotowe do 1975 lub ’76 roku. W międzyczasie, MOS Division musiał działać. Plan był taki, aby zacząć od skopiowania Intel 8080A, aby wprowadzić coś na rynek, następnie opracować oryginalną dla TI architekturę 8-bitowego mikroprocesora (który nazywałby się TMS5500), a na końcu przejść do 16-bitowego TMS9900. (National Semiconductor już wcześniej wypuścił 16-bitowy zestaw układów logicznych ogólnego przeznaczenia, nazwany IMP-16, ale z powodu wielu układów, nigdy nie osiągnął on dużej popularności.)
TMS9900 miał swój sprawiedliwy udział w wyzwaniach rozwojowych i opóźnieniach, ale w końcu był gotowy w 1976 roku. Nawet wtedy napotkał kilka poważnych problemów. Po pierwsze, nie istniały żadne kompatybilne 16-bitowe układy peryferyjne. Bez chipów peryferyjnych do obsługi komunikacji i przechowywania danych, mikroprocesor byłby bezwartościowy dla projektów systemowych. Drugi problem polegał na tym, że architektura 9900, będąc tą samą, która była używana w minikomputerach TI, miała tylko 16 bitów logicznej przestrzeni adresowej, czyli tyle samo, co ówczesne 8-bitowe mikroprocesory. Tego problemu nie dało się rozwiązać bez opracowania zupełnie nowej architektury. Ostateczny problem polegał na tym, że podczas gdy TI mogła używać jednej technologii mikroprocesorowej dla swoich biznesów związanych z minikomputerami, obroną i półprzewodnikami, konkurenci w tych biznesach byliby w niekorzystnej sytuacji, gdyby przyjęli architekturę mikroprocesora TI w swoich produktach.
Aby rozwiązać problem braku 16-bitowych układów peryferyjnych dla TMS9900, inżynierowie TI zdecydowali się na pewną innowację. Dlaczego nie umieścić 8-bitowego portu w TMS9900, tak aby duża liczba istniejących układów peryferyjnych zaprojektowanych dla 8-bitowych mikroprocesorów mogła z nim współpracować? Jestem pewien, że w tamtym czasie pomysł ten brzmiał rozsądnie. Rezultatem był TMS9980, który pojawił się w 1977 roku. Dołączenie 8-bitowego układu peryferyjnego do 16-bitowego mikroprocesora zanegowało jedyną prawdziwą zaletę architektury 16-bitowej: jej wydajność. 9980 potrzebował dwóch cykli instrukcji, aby wykonać instrukcję dla 8-bitowego peryferium, co zmniejszało efektywną wydajność o połowę i czyniło go nie lepszym od istniejących 8-bitowych mikroprocesorów. Zanim wielki plan TI został zrealizowany, Carsten odszedł, by zostać wiceprezesem ds. sprzedaży i marketingu w firmie Intel, bez wątpienia przeczuwając, że Intel będzie trudnym do pokonania konkurentem na rynku mikroprocesorów.
Intel oczywiście opracowywał swój własny 16-bitowy mikroprocesor, 8086, który ostatecznie został wprowadzony na rynek w kwietniu 1978 roku. Firma zajęła się brakiem kompatybilnych 16-bitowych układów peryferyjnych w dokładnie taki sam sposób, jak TI, dodając 8-bitowy port do swojego mikroprocesora, co dało Intel 8088. Podobnie jak TI 9980, Intel 8088 był również psem, wykazując mniejszą wydajność w porównaniu do 8086 w każdym prawdziwym projekcie systemu. Układ Intela miał jednak jedną zasadniczą przewagę nad układem TI: Miał 20 bitów logicznej przestrzeni adresowej zamiast 16. Przekłada się to na możliwość zaadresowania jednego megabajta pamięci, w porównaniu do 64 tys. bajtów w przypadku 9900 TI. Dodatkowo, rejestry poza układem dla TMS9900 i 9980 jeszcze bardziej spowalniały ich wydajność.
I podczas gdy Intel z powodzeniem opracował alternatywne źródła produkcji dla 8086, TI zmagało się z zamknięciem podobnych transakcji. W tym czasie większość klientów chciała mieć co najmniej dwóch konkurujących dostawców dla każdej nowej rodziny komponentów półprzewodnikowych, aby zapewnić dostępność produktu i utrzymać niskie ceny.
W międzyczasie kilku konkurentów ogłosiło plany własnych 16-bitowych mikroprocesorów ogólnego przeznaczenia. Najbardziej ambitny był układ 68000 firmy Motorola. Chociaż miał 16 zewnętrznych pinów, w rzeczywistości miał 32-bitową architekturę wewnętrzną, z możliwością adresowania 24 bitów logicznej przestrzeni adresowej na zewnątrz. Następny produkt prawdopodobnie byłby w stanie zaadresować 32 bity. Firma Zilog, twórca popularnego 8-bitowego mikroprocesora Z80, ogłosiła, że pod koniec 1978 lub na początku 1979 roku wprowadzi na rynek 16-bitowy układ Z8000, który miał pamięć segmentową. W przeciwieństwie jednak do 68000, Z8000 miał prostą, 16-bitową architekturę.
W październiku 1978 roku, sześć miesięcy po ogłoszeniu Intel 8086, przeniosłem się do TI’s MOS Division i zostałem menedżerem ds. mikroprocesorów. W tym czasie wszyscy w firmie, a także wiele osób spoza niej, wiedzieli, że strategia TI dotycząca 16-bitowych mikroprocesorów nie działa. Problem ten potęgowała w dużej mierze nieudana próba opracowania kompatybilnego 16-bitowego mikrokontrolera o nazwie TMS9940, która w momencie mojego przybycia była już w piątym lub szóstym stadium realizacji. Wiedziałem, że odziedziczyłem trudną sytuację. Dlaczego więc miałbym zrezygnować z dobrej pracy jako kierownik działu inżynierii w grupie produktów konsumenckich? Odpowiedź brzmi: lokalizacja, lokalizacja, lokalizacja. Biznes mikroprocesorowy miał swoją siedzibę w Houston, natomiast TI przeniosło grupę produktów konsumenckich do Lubbock w Teksasie. Lubbock to miasto, w którym prawidłowa odpowiedź na pytanie: „Jak podoba ci się mieszkanie tutaj?” brzmi: „Ludzie są wspaniali”. Piosenkarz muzyki country Mac Davis, który tam dorastał, napisał kiedyś piosenkę, której refren brzmiał: „Myślałem, że szczęście to Lubbock, Texas, w moim lusterku wstecznym.”
Wkrótce po przybyciu do Houston powiedziano mi, że będę musiał przeprowadzić prezentację na temat TMS9900 dla grupy z IBM, która pracowała nad bardzo tajnym projektem wymagającym 16-bitowego mikroprocesora. Grupa ta pochodziła z dość nietypowej dla IBM lokalizacji: Boca Raton na Florydzie. Spędziłem dużo czasu na przygotowaniach, dałem, jak mi się wydawało, dobrze dopracowaną prezentację i sumiennie ją kontynuowałem. Zespół IBM wykazał jednak ograniczony entuzjazm. Dopiero w 1981 roku dowiedzielibyśmy się, co straciliśmy.
John Opel, prezes, a następnie dyrektor generalny IBM, zrobił coś raczej rewolucyjnego, gdy tworzył grupę w Boca Raton, która później stała się znana jako Dział Systemów Wejściowych. Zdawał sobie sprawę, że komputery osobiste firm Apple, Commodore, Radio Shack, TI i innych mogą w końcu stanowić zagrożenie dla dominacji IBM w branży komputerowej. Dał więc grupie z Boca Raton, która podlegała Philipowi (Donowi) Estridge’owi, carte blanche na produkt, nad którym pracowała – którym był oczywiście komputer osobisty IBM. Mogli oni korzystać z usług osób trzecich w zakresie wszystkiego, co sobie wybrali, w tym systemu operacyjnego i oprogramowania użytkowego. Ta swoboda czyniła system dość „otwartym” jak na standardy IBM i przypuszczalnie przyspieszyłaby czas wprowadzenia go na rynek. Opel narzucił jednak jedno ograniczenie. Produkt miał nosić nazwę IBM, więc nie mógł zaszkodzić reputacji firmy w zakresie jakości i niezawodności. W tym celu ogromna organizacja IBM zajmująca się zapewnianiem jakości musiała zatwierdzić produkt przed jego wypuszczeniem na rynek.
Wybór 16-bitowego mikroprocesora przez zespół IBM nie mógł być przedmiotem wielkiej debaty. Motorola 68K, jak ją później nazwano, była bez wątpienia zwycięzcą. Miała największą logiczną przestrzeń adresową, co było nawet ważniejsze niż minimalna 16-bitowa architektura wewnętrzna. Była również łatwo rozszerzalna do pełnowartościowej architektury 32-bitowej. I co najważniejsze, 68K był „Big Endianem”, w przeciwieństwie do innych pretendentów. Terminy „Big Endian” i „Little Endian” odnoszą się do kolejności, w jakiej komputer przechowuje bajty w pamięci. Ponieważ architektury 16-bitowe ewoluowały z architektur 8-bitowych, inżynierowie musieli zdecydować, który 8-bitowy bajt jest pierwszy w słowie 16-bitowym. Firma Digital Equipment Corp. wybrała metodę Little Endian dla swoich architektur Programmed Data Processor (PDP) i VAX. Intel również zdecydował się na Little Endian. Ale wszystkie komputery IBM były Big Endianami. Aby Big Endian mógł rozmawiać z Little Endian, kolejność bajtów musiała być odwrócona w czasie rzeczywistym. Taka konwersja danych była w tamtych czasach nietrywialna. 68K Motoroli nie wymagał takiej konwersji do pracy z IBM PC. Dlaczego więc nie używamy dziś komputerów opartych na 68K? Odpowiedź wraca do bycia pierwszym na rynku. Układ 8088 firmy Intel mógł być niedoskonały, ale przynajmniej był gotowy, podczas gdy 68K firmy Motorola nie był. A dokładny proces kwalifikacji komponentów w IBM wymagał od producenta zaoferowania tysięcy „wypuszczonych do produkcji” próbek każdej nowej części, aby IBM mógł przeprowadzić testy żywotności i inne charakterystyki. IBM miał setki inżynierów zajmujących się zapewnieniem jakości, ale kwalifikacja komponentów wymaga czasu. W pierwszej połowie 1978 roku Intel miał już produkcyjnie wypuszczone próbki 8088. Pod koniec 1978 roku 68K Motoroli wciąż nie był gotowy do produkcji.
Niestety dla Motoroli, grupa z Boca Raton chciała jak najszybciej wprowadzić na rynek swój nowy komputer IBM PC. Mieli więc do wyboru tylko dwa w pełni kwalifikowane 16-bitowe mikroprocesory. W konkurencji pomiędzy dwoma niedoskonałymi układami, układ Intela był mniej niedoskonały niż układ TI.
TMS9900 firmyTI nie umarł po prostu po cichu po tym, jak zabrakło mu mosiężnego pierścienia w postaci IBM PC. Menedżerowie wyższego szczebla wciąż mieli nadzieję na wykorzystanie synergii korporacyjnej. Z pewnością niezapowiedziany jeszcze komputer domowy TI mógłby wykorzystać TMS9900?
Zespół projektantów komputera niechętnie zgodził się spróbować. Grupa ta była wynikiem nieszczęśliwego połączenia dwóch działów, z których jeden opracowywał konsolę do gier wideo, a drugi komputer osobisty. Hybrydowy produkt, który wymyślili, nie nadawał się do żadnego z tych zastosowań. Mimo to TI uparcie dążyło do jego stworzenia. TI-99/4, jak go nazywano, pojawił się na rynku w 1979 roku, a następnie TI-99/4A w 1981 roku. Firma sprzedała ostatecznie 2,8 miliona sztuk, większość z nich ze znaczną stratą, zanim wycofała się z rynku komputerów domowych w 1984 roku.
W międzyczasie architektura Intel 8086 ewoluowała i przezwyciężyła swoje niedociągnięcia. (Wciąż jest to Little Endian, ale dziś nie robi to większej różnicy.) A Motorola, ze swoją lepszą technologią, przegrała najważniejszy konkurs projektowy ostatnich 50 lat.
Podczas gdy jestem przy temacie przegranych, pozwolę sobie powiedzieć kilka słów o systemie operacyjnym IBM PC. Logicznym wyborem dla 16-bitowego systemu operacyjnego było rozszerzenie popularnego systemu operacyjnego CP/M, opracowanego przez Gary’ego Kildalla z Digital Research i opartego na Z80 firmy Zilog. Grupa IBM w Boca Raton zrozumiała, że CP/M jest otwartym standardem, więc zleciła Digital Research opracowanie jego wersji, nazwanej CP/M-86. Później jednak pojawił się Microsoft z systemem operacyjnym MS-DOS, o którym wiele już napisano. I tak świat komputerów PC ewoluował w innym kierunku, zarówno jeśli chodzi o system operacyjny, jak i mikroprocesor.
Jakie więc wnioski można wyciągnąć z tej historii? Jedną z nich jest to, że dla każdego, kto opracowuje produkt oparty na szybko zmieniającej się wysokiej technologii, bycie pierwszym na rynku jest najważniejsze, bez względu na to, jak rozległe mogą być ograniczenia twojego początkowego produktu; dzisiaj ta koncepcja jest znana typom z Doliny Krzemowej jako tworzenie „minimalnego opłacalnego produktu”. Pod warunkiem, że Twój produkt ma charakterystyczne nowe możliwości, Twoi klienci będą poszukiwać innowacyjnych sposobów jego wykorzystania.
Druga lekcja jest taka, że jeśli prowadzisz dużą korporację, która chce stworzyć projekt Skunk Works wolny od bagażu tradycji, zastanów się dobrze nad wszelkimi ograniczeniami, jakie na niego nałożysz. Jest prawdopodobne, że ograniczenie systemu operacyjnego dla IBM PC przyniosłoby IBM znacznie większą wartość w dłuższej perspektywie niż narzucenie uciążliwych procedur kwalifikacyjnych. Nikt nie mógł przewidzieć skali oddziaływania komputerów osobistych, ale prawdziwa wartość tkwiła raczej w kompatybilności systemu operacyjnego niż w sprzęcie. Gdyby IBM, a nie Microsoft, kontrolował MS-DOS, Windows i tak dalej, świat komputerów byłby teraz innym środowiskiem.
Na koniec, dla ludzi, którzy są głównie postronnymi obserwatorami parady wydarzeń high-tech, miejcie oczy otwarte na okazje. W przypadku TI, w 1979 roku doszliśmy do wniosku, że TMS9900 przegrał wyścig mikroprocesorów ogólnego przeznaczenia, a więc spojrzeliśmy w przyszłość na to, co będzie ważne po mikroprocesorach ogólnego przeznaczenia. Nasza strategia skoncentrowała się na mikroprocesorach specjalnego przeznaczenia i doprowadziła do opracowania serii cyfrowych procesorów sygnałowych TMS320. Zapowiedziana na konferencji International Solid-State Circuits Conference w lutym 1982 roku i wprowadzona na rynek w następnym roku, rodzina 320 DSP i jej pochodne stały się niemal połową przychodów TI, wykształciły obecny zarząd firmy i zapewniły TI konkurencyjną pozycję w wyścigu o wbudowany system procesora na chipie. W latach 90. strategia ta odwróciła spadek TI w rankingu wśród najlepszych firm półprzewodnikowych i wygenerowała miliardy dolarów w sprzedaży układów scalonych dla modemów baseband, kontrolerów dysków i wielu innych produktów.
Korekta tego artykułu została wprowadzona 26 czerwca 2017 r.
O autorze
Walden C. Rhines jest prezesem i dyrektorem generalnym firmy Mentor Graphics, w Wilsonville, Ore.
.