Om du använder en bärbar eller stationär dator är chansen stor att den har en mikroprocessor från Intel 808x-serien, oavsett om det är en Windows-maskin eller en Mac. Den totala dominansen för dessa Intel-mikroprocessorer går tillbaka till 1978, då IBM valde 8088 till sin första persondator. Det valet var dock långt ifrån självklart. Faktum är att vissa som känner till historien hävdar att Intel 8088 var den sämsta av flera möjliga 16-bitars mikroprocessorer på den tiden.
Det var den inte. Det fanns ett seriöst alternativ som var värre. Jag vet det eftersom jag var ansvarig för den organisation inom Texas Instruments som utvecklade det: TMS9900. Även om denna hund av ett chip fortsatte att användas i världens första 16-bitars hemdator har du förmodligen aldrig hört talas om den. Som man säger, historien skrivs av vinnarna.
Detta särskilda kapitel i historien är intressant inte bara för TI:s chip utan även för en annan också-ran, Motorola 68000, som var tekniskt överlägsen både Intel 8088 och TMS9900. Ändå hamnade 68000 inte i IBM PC. Här är historien om hur IBM valde ett sämre chip, TI födde en förlorare och Motorolas till synes vinnare förlorade också.
Jag började på Texas Instruments 1972, nyss utskriven från forskarskolan, och ungefär två år senare fann jag mig själv hålla en presentation för Jack Carsten, chefen för TI:s MOS-division i Houston, där företagets arbete med metalloxidhalvledarchips var baserat. Som ung ingenjör var jag något skrämd av Jack, som satt med fötterna på konferensrummets bord under hela min presentation, rökte en cigarr och mumlade ”bull****” när han inte höll med om något som sades.
På den tiden kämpade de tre stora halvledarföretagen – Fairchild, Motorola och TI – för att klara övergången från bipolära integrerade kretsar till metalloxidhalvledarkretsar. MOS-chips krävde en väsentligt annorlunda konstruktion och processteknik än bipolära chip, och nystartade chipföretag som Intel gick mycket snabbare framåt än de etablerade företagen. Av de tre stora företagen hade TI lyckats bäst med övergången, till stor del tack vare personer som L.J. Sevin , som lämnade TI 1969 för att bilda Mostek och som senare blev riskkapitalist. Carsten, som tidigare hade varit general manager för TI:s lönsamma produktfamilj för transistor-transistorlogik (TTL), var också en nyckelspelare i övergången till MOS.
TI:s MOS-division hade nått sina mest anmärkningsvärda framgångar med logikkretsar för den framväxande marknaden för handhållna miniräknare. Även om företaget hade tävlat med, och till slut slagit, Intel om att utveckla den första allmängiltiga mikroprocessorn, ägnade TI:s ingenjörer egentligen ingen större uppmärksamhet åt vare sig Intels 4-bitars 4004- eller 8-bitars 8008-mikroprocessorer. TI uppmärksammade dock Intels 8080 och senare 8080A 8-bitars mikroprocessorer, som var mycket mer lovande än 4004. MOS-divisionen fick i uppgift att komma ikapp Intel både när det gäller mikroprocessorer och DRAM (eller dynamiskt slumpmässigt åtkomstminne, som kan rymma fler minnesceller per chip än statiska RAM-minnen, men som ständigt måste uppdateras för att förhindra dataförlust).
Det var på så sätt som en strategi för utveckling av mikroprocessorer för allmänna ändamål växte fram hos TI. De viktigaste antagandena bakom strategin var att tillämpningsprogram skulle driva utvecklingen av dessa chip och att TI med en framgångsrik serie MOS ICs skulle vara i stånd att utveckla en industristandard för minidatorer, försvarssystem och konsumentprodukter, som alla var snabbt växande affärsområden för företaget. Men för att kunna göra det måste TI hoppa över den nuvarande 8-bitarstekniken, som representerades av Intels 8080, och vara först ut på marknaden med en 16-bitarsarkitektur. Från denna strategi kom planen för TMS9900.
TI hade redan visat sina datorkunskaper i superdatorracet i slutet av 1960-talet. Drivande i den tävlingen var oljebolag som sökte en konkurrensfördel inom 3D-seismisk analys för oljeprospektering, vilket var TI:s grundverksamhet. IBM, Control Data Corporation och andra tävlade i denna tävling, men TI var först på marknaden med sin Advanced Scientific Computer.
För TI var det därför enkelt att välja en chiparkitektur för 16-bitars mikroprocessorn. TI hade strategin ”ett företag, en datorarkitektur”, som syftade till att utnyttja alla synergieffekter mellan företagets olika divisioner. TI:s Data Systems Division hade redan lanserat en familj TTL-baserade minidatorer för användning på Ramada Inns i USA. Så TMS9900 skulle använda en chiparkitektur som var mycket lik den i TI:s minidator.
Carstens team visste att utvecklingen av TMS9900 – liksom en bipolär version för den militära marknaden kallad SBP9900 – skulle ta tid och att chipen troligen inte skulle vara färdiga förrän 1975 eller 1976. Under tiden måste MOS-divisionen agera. Planen var att börja med att kopiera Intel 8080A för att få ut något på marknaden, sedan utveckla en TI-original 8-bitars mikroprocessorarkitektur (som skulle kallas TMS5500) och slutligen gå över till 16-bitars TMS9900. (National Semiconductor hade redan släppt en 16-bitars chipset för allmän logik, kallad IMP-16, men på grund av de många chipsen uppnådde den aldrig någon större popularitet.)
TMS9900 hade sin beskärda del av utvecklingsutmaningar och förseningar, men den var äntligen klar 1976. Redan då stod den inför flera stora problem. För det första fanns det inga kompatibla 16-bitars periferichips. Utan periferichips för att hantera kommunikation och lagring skulle mikroprocessorn vara värdelös för systemkonstruktioner. Det andra problemet var att 9900-arkitekturen, som var densamma som den som användes i TI:s minidatorer, endast hade 16 bitar logiskt adressutrymme, vilket var detsamma som de 8-bitarsmikroprocessorer som fanns på den tiden. Detta problem kunde inte lösas utan att utveckla en helt ny arkitektur. Det sista problemet var att även om TI kunde använda en enda mikroprocessorteknik för sin minidator-, försvars- och halvledarverksamhet, skulle konkurrenterna inom dessa verksamheter vara i underläge om de antog TI:s mikroprocessorarkitektur i sina produkter.
För att angripa bristen på 16-bitars kringutrustning för TMS9900 landade TI:s ingenjörer på en innovation. Varför inte sätta en 8-bitars port på TMS9900, så att det stora antalet befintliga periferichips som är konstruerade för 8-bitars mikroprocessorer skulle fungera med den? Jag är säker på att idén lät rimlig vid den tidpunkten. Resultatet blev TMS9980, som kom fram 1977. Att fästa en 8-bitars periferiutrustning vid en 16-bitars mikroprocessor upphävde den enda verkliga fördelen med 16-bitarsarkitekturen: dess prestanda. 9980 tog två instruktionscykler för att utföra en instruktion för en 8-bitars kringutrustning, vilket halverade den effektiva prestandan och gjorde den inte bättre än befintliga 8-bitars mikroprocessorer. Innan TI:s storslagna plan förverkligades lämnade Carsten företaget för att bli vice vd för försäljning och marknadsföring på Intel, eftersom han utan tvekan kände att Intel skulle bli en svårslagen konkurrent på mikroprocessormarknaden.
Intel höll naturligtvis på att utveckla sin egen 16-bitars mikroprocessor, 8086, som så småningom introducerades i april 1978. Företaget löste bristen på kompatibla 16-bitars periferichips på exakt samma sätt som TI hade gjort, genom att lägga till en 8-bitars port till sin mikroprocessor, vilket gav Intel 8088. Liksom TI 9980 var Intel 8088 också en hund och uppvisade en minskad prestanda jämfört med 8086 i alla riktiga systemkonstruktioner. Intel-chippet hade dock en grundläggande fördel jämfört med TI-chippet: Det hade 20 bitar logiskt adressutrymme i stället för 16. Det innebär att man kunde adressera en megabyte minne, jämfört med 64 k bytes för TI:s 9900. Dessutom saktar de externa registren för TMS9900 och 9980 ner deras prestanda ännu mer.
Och medan Intel framgångsrikt hade utvecklat alternativa produktionskällor för 8086:an kämpade TI för att sluta liknande avtal. Vid den här tiden ville de flesta kunder ha minst två konkurrerande leverantörer för varje ny familj av halvledarkomponenter, för att säkerställa produkttillgänglighet och hålla nere priserna.
Under tiden hade några konkurrenter tillkännagivit planer på egna 16-bitars mikroprocessorer för allmänna ändamål. Motorolas 68000 var den mest ambitiösa. Även om den hade 16 externa stift hade den i själva verket en 32-bitars arkitektur internt, med möjlighet att adressera 24 bitar logiskt adressutrymme externt. En efterföljande produkt skulle förmodligen kunna adressera 32 bitar. Zilog, skapare av den populära 8-bitars Z80-mikroprocessorn, meddelade att man skulle lansera 16-bitars Z8000, som hade ett segmenterat minne, i slutet av 1978 eller början av 1979. Till skillnad från 68000 hade Z8000 dock en rak 16-bitarsarkitektur.
I oktober 1978, sex månader efter tillkännagivandet av Intel 8086, flyttade jag till TI:s MOS-division och blev chef för mikroprocessorer. Vid den här tiden visste alla på företaget, och många människor utanför företaget, att TI:s strategi med 16-bitars mikroprocessorer inte fungerade. För att förvärra problemet var divisionens i stort sett misslyckade försök att utveckla en kompatibel 16-bitars mikrokontroller, kallad TMS9940, som var inne på sin femte eller sjätte omgång när jag kom dit. Jag visste att jag ärvde en svår situation. Så varför skulle jag ge upp ett bra jobb som chef för den tekniska avdelningen för konsumentproduktgruppen? Svaret är plats, plats, plats. Mikroprocessorverksamheten var baserad i Houston, medan TI hade flyttat konsumentproduktgruppen till Lubbock, Texas. Lubbock är en stad där det korrekta svaret på frågan ”Hur trivs du med att bo här?” är ”Människorna är underbara”. Countrysångaren Mac Davis, som växte upp där, skrev en gång en sång vars refräng löd ”I thought happiness was Lubbock, Texas, in my rearview mirror.”
Kort efter att jag anlänt till Houston fick jag veta att jag skulle behöva hålla en presentation om TMS9900 för en grupp från IBM som arbetade med ett mycket hemligt projekt som krävde en 16-bitars mikroprocessor. Gruppen kom från en för IBM ganska ovanlig plats: Boca Raton, Florida. Jag ägnade mycket tid åt att förbereda mig, gav vad jag tyckte var en välpolerad presentation och följde flitigt upp den. Men IBM-teamet visade begränsad entusiasm. Vi skulle inte veta förrän 1981 exakt vad vi hade förlorat.
John Opel, president och dåvarande VD för IBM, hade gjort något ganska revolutionerande när han bildade Boca Raton-gruppen, som senare blev känd som Entry Systems Division. Han insåg att persondatorer från Apple, Commodore, Radio Shack, TI och andra så småningom skulle kunna utgöra ett hot mot IBM:s dominans inom datorbranschen. Så han gav Boca Raton-gruppen, som rapporterade till Philip (Don) Estridge, fria händer när det gällde den produkt som den höll på att utveckla – vilket naturligtvis var IBM:s persondator. De kunde använda sig av tredje part för vad de ville, inklusive operativsystemet och programvaran. Denna frihet gjorde systemet ganska ”öppet” enligt IBM:s normer, och det skulle förmodligen påskynda marknadsintroduktionen. Opel införde dock en begränsning. Produkten skulle bära IBM:s namn, så den fick inte skada företagets rykte om kvalitet och tillförlitlighet. Därför var IBM:s enorma organisation för kvalitetssäkring tvungen att godkänna produkten innan den kunde släppas.
Det kan inte ha varit någon större debatt att IBM-teamet valde en 16-bitars mikroprocessor. Motorola 68K, som den senare kallades, var utan tvekan den självklara vinnaren. Den hade det största logiska adressutrymmet, vilket var ännu viktigare än den minsta 16-bitars interna arkitekturen. Den var också lätt att utöka till en fullfjädrad 32-bitarsarkitektur. Och, viktigast av allt, 68K var en ”Big Endian”, till skillnad från de andra utmanarna. Termerna ”Big Endian” och ”Little Endian” avser den ordning i vilken en dator lagrar bytes i minnet. När 16-bitarsarkitekturer utvecklades från 8-bitarsarkitekturer var ingenjörerna tvungna att bestämma vilken 8-bitars byte som kom först i ett 16-bitarsord. Digital Equipment Corp. valde Little Endian-metoden för sina arkitekturer PDP (Programmed Data Processor) och VAX. Intel valde också Little Endian. Men IBM:s datorer var alla Big Endian-datorer. För att en Big Endian skulle kunna prata med en Little Endian måste byteordningen vändas om i realtid. Denna omvandling av data var inte trivial på den tiden. Motorolas 68K-modell krävde ingen sådan omvandling för att kunna användas med IBM PC. Så varför använder inte alla 68K-baserade datorer idag?
Svaret beror på att man var först på marknaden. Intels 8088 var kanske ofullkomlig, men den var åtminstone klar, medan Motorolas 68K inte var det. Och IBM:s grundliga kvalifikationsprocess för komponenter krävde att en tillverkare erbjöd tusentals ”produktionsrelevanta” exemplar av varje ny komponent så att IBM kunde utföra livslängdstester och andra karakteriseringar. IBM hade hundratals ingenjörer som arbetade med kvalitetssäkring, men komponentkvalifikationer tar tid. Under första halvan av 1978 hade Intel redan produktionsutlämnade exemplar av 8088:an. I slutet av 1978 var Motorolas 68K fortfarande inte riktigt redo för produktionssläpp.
Och tyvärr för Motorola ville Boca Raton-gruppen få ut sin nya IBM PC på marknaden så snabbt som möjligt. Så de hade bara två fullt kvalificerade 16-bitars mikroprocessorer att välja mellan. I en tävling mellan två ofullkomliga chip var Intels chip mindre ofullkomligt än TI:s.
TI:s TMS9900 dog inte bara i tysthet efter att ha missat IBM PC:s mässingsring. Högre chefer hoppades fortfarande på att kunna dra nytta av företagets synergieffekter. Visst kunde TI:s ännu inte presenterade hemdator använda TMS9900?
Datorns utvecklingsteam gick motvilligt med på att ge det en chans. Gruppen var resultatet av en olycklig sammanslagning av två avdelningar, varav den ena hade utvecklat en videospelskonsol och den andra en persondator. Den hybridprodukt som de kom fram till var inte lämplig för någon av de båda tillämpningarna. Men TI fortsatte ihärdigt med den ändå. TI-99/4, som den kallades, kom ut på marknaden 1979, följt av TI-99/4A 1981. Företaget sålde så småningom 2,8 miljoner enheter, de flesta av dem med stor förlust, innan man drog sig ur hemdatormarknaden 1984.
Under tiden utvecklades Intels 8086-arkitektur och övervann sina brister. (Det är fortfarande en Little Endian, men det gör liten eller ingen skillnad idag.) Och Motorola, med sin överlägsna teknik, förlorade den enskilt viktigaste designtävlingen under de senaste 50 åren.
Medans jag är inne på ämnet ”andrahandsval”, låt mig säga några ord om IBM PC:s operativsystem. Det logiska valet för ett 16-bitars operativsystem var en förlängning av det populära CP/M-operativsystemet, utvecklat av Gary Kildall på Digital Research och baserat på Zilogs Z80. IBM:s Boca Raton-grupp förstod att det fanns en drivkraft bakom CP/M som en öppen standard och gav därför Digital Research i uppdrag att utveckla en version, kallad CP/M-86. Senare i processen kom dock Microsoft med operativsystemet MS-DOS, som det redan har skrivits mycket om. Och så utvecklades PC-världen i en annan riktning för både operativsystemet och mikroprocessorn.
Så vilka lärdomar kan man dra av denna historia? En är att för alla som utvecklar en produkt baserad på snabbt föränderlig högteknologi är det av största vikt att vara först ut på marknaden, oavsett hur omfattande begränsningarna i den ursprungliga produkten är; i dag är detta koncept känt bland Silicon Valley-typerna som att skapa en ”minimalt livskraftig produkt”. Förutsatt att din produkt har nya, distinkta funktioner kommer dina kunder att utforska innovativa sätt att använda den.
Den andra lärdomen är att om du leder ett stort företag som vill skapa ett skunk works-projekt fritt från traditioner, ska du tänka noga på alla begränsningar du lägger på det. Det är troligt att en begränsning av operativsystemet för IBM PC skulle ha gett IBM ett mycket bättre långsiktigt värde än att införa betungande kvalificeringsförfaranden. Ingen kunde ha förutsett hur stor inverkan persondatorerna skulle få, men det verkliga värdet låg i kompatibiliteten med operativsystemet snarare än i hårdvaran. Om IBM, och inte Microsoft, hade kontrollerat MS-DOS, Windows och så vidare, skulle datorvärlden nu vara en annan miljö.
För personer som huvudsakligen är åskådare och tittar på en högteknologisk parad av händelser, gäller det slutligen att hålla ögonen öppna för möjligheter. I TI:s fall drog vi 1979 slutsatsen att TMS9900 hade förlorat tävlingen om mikroprocessorer för allmänna ändamål, och därför tittade vi framåt på vad som skulle bli viktigt efter mikroprocessorer för allmänna ändamål. Vår strategi var inriktad på mikroprocessorer för speciella ändamål och ledde till utvecklingen av TMS320-serien av digitala signalprocessorer . 320 DSP-familjen och dess derivat, som tillkännagavs vid International Solid-State Circuits Conference i februari 1982 och lanserades året därpå, blev nästan hälften av TI:s intäkter, utbildade företagets nuvarande ledning och gav TI en konkurrenskraftig position i tävlingen om det inbyggda processorsystemet på ett chip. På 1990-talet vände denna strategi TI:s nedgång i rankningen bland de främsta halvledarföretagen och genererade miljarder dollar i chipförsäljning för basbandsmodem, diskminnesstyrenheter och en mängd andra produkter.
En korrigering av denna artikel gjordes den 26 juni 2017.
Om författaren
Walden C. Rhines är ordförande och VD för Mentor Graphics i Wilsonville, Ore.