Инновации, изменившие мир

Инновации, изменившие мир
Давайте совершим небольшой экскурс в историю компании, которая несколько лет назад отпраздновала свой полувековой юбилей, а в конце 2021 года — 50 лет процессора Intel 4004, первого в мире коммерчески доступного однокристального микропроцессора.

Для большинства компьютерных энтузиастов и многих специалистов бренд Intel ассоциируется в первую очередь с ее процессорами. Однако есть у этой компании еще и многочисленные технологии и изделия. Часть из этих разработок и некоторые особенности их появления незаслуженно остались в тени, хотя их появление оказало и продолжает оказывать огромное влияние на развитие сектора IT во всем мире. Давайте совершим небольшой экскурс в историю компании, которая несколько лет назад отпраздновала свой полувековой юбилей, а в конце 2021 года — 50 лет процессора Intel 4004, первого в мире коммерчески доступного однокристального микропроцессора.

Первоначальная цель создателей компании Intel была разрабатывать и выпускать чипы для практичной и доступной полупроводниковой памяти. По их замыслу она должна была не только потеснить, но и постепенно заменить доминирующую тогда оперативную память на ферритовых элементах, представленных ферритовыми кольцами, сердечниками, пленками и т. п. Это им удалось благодаря разработке ряда перспективных элементов.

К слову сказать, в производстве памяти на ферритовых кольцах была очень большая доля ручного, в основном женского труда. При этом чем больший информационный объем, тем больше ручного труда. Это негативно сказывалось на себестоимости модулей оперативной памяти и ограничивало рост их объемов.

Итак, первой разработкой и продуктом компании Intel стал чип SRAM (Static Random Access Memory — статическая память с произвольным доступом). Данный продукт, созданный по технологии биполярных элементов Шоттки, получил наименование Intel 3101. Его емкость составляла 64 бит, что в то время считалось довольно значительной величиной. Но компания не собиралась останавливаться на достигнутом, и благодаря освоению новейших полупроводниковых идей вскоре был разработан и выпущен чип SRAM, созданный по технологии MOS (МОП). Это изделие, получившее наименование Intel 1101, обладало уже информационной емкостью 256 бит, что существенно расширило возможности систем хранения информации.

Здесь необходимо напомнить, что в памяти статического типа запоминающий элемент представляет собой триггер. Это позволяет считывать информацию без ее потери, но каждый триггер содержит несколько транзисторов, которых конструкторам всегда недостаточно и которые всегда приходится экономить в процессе реализации сложных электронных схем на полупроводниковых кристаллах.

Для экономии транзисторного массива инженеры Intel предложили новый вариант памяти — динамическая память. В ней элементом хранения является емкость, что требует частого восстановления записанной информации в процессе ее хранения и использования. Это усложняет применение модулей динамического типа, но позволяет хранить больший объем информации при том же числе транзисторов на кристалле.

Первой разработкой этого типа стала Intel 1103 — первая в мире микросхема памяти DRAM (Dynamic Random Access Memory — динамическая память с произвольным доступом, разработка Intel). На основе микросхем Intel 1103 (емкость 1024 бит) компания выпустила и соответствующие платы памяти. В качестве примера можно привести Intel IN-10 Memory Board (1972 г.). Основой этой платы послужили 64 микросхемы Intel 1103, совокупная емкость которых 64 кбайт — для того времени весьма высокое значение оперативной памяти, реализованной в сравнительно компактных размерах одной платы.

Инновации, изменившие мир. Рис. 1

Конечно, накопленный опыт и прогресс в технологиях способствовали разработке и выпуску еще более емких микросхем статической и динамической памяти, а также изделий на их основе. Это позволило наконец-то окончательно поставить крест на доминирующем положении ферритовой памяти, постепенно вытеснив ее из архитектуры не только электронно-вычислительных машин (ЭВМ), но и практически всех электронных устройств. А динамическая память «прочно прописалась» на десятилетия в составе всех компьютеров, начиная от потребительских мобильных устройств и заканчивая мощными рабочими станциями, серверами и суперкомпьютерными системами.

Продолжая тему памяти, необходимо отметить, что в процессе многочисленных экспериментов специалисты компании Intel открыли ряд интересных эффектов (не первых и далеко не последних). Результатом стали разработка и выпуск соответствующих элементов энергонезависимой памяти.

Первыми в этом списке стали чипы EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory — стираемая программируемая память только для чтения, разработка Intel в 1971 году, соответствующий патент был получен компанией в 1972-м). В EPROM запись информации выполняется электрическим способом с помощью специальных программаторов. Стирание же информации осуществляется через встроенное в чип кварцевое окошко облучением полупроводникового кристалла внешним источником ультрафиолетового света необходимой мощности. Чуть позже удалось создать чипы EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory — электрически стираемая программируемая память только для чтения), для которых ультрафиолет уже не требовался.

В течение последующих десяилетий компания Intel, разрабатывая полупроводниковые технологии и чипы, неизменно уделяла и продолжает уделять повышенное внимание сектору энергонезависимой памяти. В качестве примера следует упомянуть флеш-память NAND, 3D NAND, а также весьма перспективную 3D Xpoint. При этом если в ячейках NAND и 3D NAND используются емкости, обеспечивающие хранение информации в течение многих месяцев и даже нескольких лет в обесточенном состоянии, то работа 3D Xpoint основана на других принципах. Такая технология практически не ограничивает время хранения данных. Что касается скоростных параметров и ресурсов записи, они существенно выше, чем у NAND и 3D NAND. Это позволило Intel разработать и выпустить ряд интересных изделий под маркой Intel Optane. Это, например, Intel Optane Memory — ускорители работы жестких дисков и SSD, а также накопители Intel Optane SSD для настольных систем, мощных рабочих станций и серверов. Дополнительно на основе 3D Xpoint компания предлагает модули Intel Optane DC Persistent Memory, выполненные в стандартном формате DIMM и предназначенные для замены традиционных модулей динамической памяти в архитектуре мощных серверов с процессорами Intel Xeon Scalable 2+. Новые модули дешевле традиционных, и хотя уступают им по скорости работы, но обладают высокой емкостью и низкими задержками, допускают побайтную адресацию, что невозможно у NAND и 3D NAND, и сохраняют информацию при выключении энергопитания.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что компания Intel не ограничивается выпуском лишь отдельных чипов. Она предлагает рынку самую разнообразную продукцию, включая серверное оборудование и другие современные изделия IT.

Инновации, изменившие мир. Рис. 2
Инновации, изменившие мир. Рис. 3

Однако, как все хорошо знают, мировая известность и успех пришел к компании в 1971 году после выполнения заказа японской фирмы Busicom. В результате работы вместо 12 специализированных микросхем по предложению инженера Тэда Хоффа был создан один универсальный чип — микропроцессор (процессор), получивший наименование Intel 4004. Его основные характеристики: количество транзисторов — 2300, размеры кристалла 3×4 мм, техпроцесс — 10 мкм (10 micron P-channel silicon gate MOS technology), разрядность — 4 бит. Мог адресовать 640 байт RAM и 4 кбайт ROM. Выпускался в 16-контактном корпусе типа DIP, размеры кристалла 3×4 мм. Процессор мог выполнять до 92 500 инструкций в секунду при тактовой частоте генератора 740 кГц (время выполнения команд 10,8 и 21,6 мкс). Поставлялся обычно в наборе из четырех чипов, в который, кроме процессора Intel 4004, входили следующие компоненты: Intel 4001 — ПЗУ (ROM), Intel 4002 — ОЗУ (RAM), Intel 4003 — расширитель ввода/вывода.

Инновации, изменившие мир. Рис. 4

Остается добавить, что процессор Intel 4004 был выпущен в нескольких модификациях, различающихся внешним дизайном и некоторыми деталями внутренней микроархитектуры. Благодаря своей универсальности и возможности программирования они стали основой большого количества самых разных устройств.

После Intel 4004 последовали Intel 8008 (1972 г.) и, наконец, Intel 8080 (1974 г.), ставший основой первого, по сути, персонального компьютера, разработанного Генри Робертсом и названного Altair 8800. Этот компьютер получил удачную системную шину (позже она стала стандартом де-факто в виде шины S-100), открытость архитектуры, низкую стоимость и очень высокий уровень популярности. За весьма короткое время энтузиастами-радиолюбителями были созданы платы расширения для данного устройства. Эти платы превратили его в полноценный компьютер с разнообразной периферией. В дополнение был также написан соответствующий софт, среди которого интерпретатор языка Бейсик, разработанный Биллом Гейтсом, основавшим вместе с Полом Алленом компанию Microsoft.

Инновации, изменившие мир. Рис. 5

Энди Гроув, Роберт Нойс, Гордон Мур, 1979 г. (Источник: Википедия)

После Intel 8080 последовали еще более совершенные, но и более сложные по внутренней микроархитектуре и производству модели процессоров. Среди них Intel 8085 (1976 г.), 8086 (1978 г.) и особенно процессор Intel 8088 (1979 г.). Он стал «сердцем» персонального компьютера, разработанного специалистами компании IBM и получившего наименование IBM PC (модель IBM 5150). Этот компьютер, выпущенный в 1981 году, стал образцом для подражания для многих фирм, а его открытая архитектура стала фактически отраслевым стандартом.

А примерно через год появились совместимые с IBM PC компьютеры на процессоре Intel 8086. Выпущенные вскоре миллионными тиражами, данные устройства открыли путь к всемирной компьютеризации.

Среди последующих процессоров широкую известность получили Intel 80286 (1982 г.), 80386DX (1985 г.), 80386SX (1988 г.), 80386SL (1990 г.), 80486DX (1989 г.), 80486SX (1991 г.), 80486DX2 и 80486SL (1992 г.), 80486DX4 (1994 г.), Intel Pentium и их все более совершенные потомки. В их архитектуре нашли реализацию многочисленные процессорные технологии, среди которых архитектура и набор команд x86, включая многочисленные расширения; встроенная кэш-память нескольких уровней; суперскалярность с выполнением более одной операции за один такт; суперконвейерность с реализацией нескольких вычислительных конвейеров; суперскалярная гиперконвейерная микроархитектура с длинным конвейером и кэшем последовательных микроопераций; Hyper-Threading с поддержкой многопоточности; многоядерность и многое другое. Кстати, именно Intel вопреки многочисленным критикам стала инициатором внедрения беспроводной технологии Wi-Fi в архитектуру мобильных и настольных компьютеров.

С начала 1990-х компания Intel является крупнейшим производителем процессоров для персональных компьютеров и серверов. Она внесла большой вклад в развитие компьютерной техники и полупроводниковых технологий, которые развиваются в соответствии с законом Мура. Согласно этому эмпирическому закону, регулярно происходит переход на новую технологию с уменьшением масштаба литографии. Это позволяет с той же периодичностью удваивать плотность полупроводниковых элементов на кристаллах микросхем. Первые версии утверждали, что удвоение числа элементов на полупроводниковых чипах будет происходить каждый год, в дальнейшем срок удлинился до 18 месяцев, а потом — до двух лет. И этот показатель послужил ориентиром для всех производителей полупроводниковых элементов на долгое время. Он сохраняется для отрасли уже в течение десятков лет.

В настоящее время компания предлагает рынку самую разнообразную продукцию IT. Среди изделий Intel есть компоненты для серверов, рабочих станций, встраиваемых систем и, конечно, компактных настольных компьютеров (NUC), ноутбуков и ультрамобильных устройств.

В портфолио продуктов компании сегодня имеются решения для сетей связи нового поколения, искусственного интеллекта и автономных автомобилей. Но Intel продолжает традиционно работу и над инновациями для персональных компьютеров. Ждем новых технологий и изделий.

Опубликовано 24.02.2022

Об авторах

Related Posts

На Луне обнаружили пещеры с комфортной для астронавтов температурой

Научное сообщество США обсуждает постройку базы на Луне. Для этого могут использоваться ландшафтные углубления с умеренной температурой, в которых «может поместиться город Филадельфия»

Трафик в космосе: кто включит светофор и установит правила движения?

Несмотря на международную напряженность, контроль за космическим трафиком и его регуляция переходит в США к гражданскому ведомству

Шнобелевская премия: кто получил награду за самые странные научные открытия в 2022 году?

В ночь с 15 на 16 сентября в Гарвардском университете прошла церемония вручения Шнобелевской премии – сатирической награды, призванной привлечь внимание общественности к самым странным открытиям и исследованиям. На сайте оргкомитета премии говорится, что награда вручается за «достижения, которые сначала заставляют людей смеяться, а затем – задуматься». Вручение Шнобелевской премии стало уже 32-м по счету; все желающие могли понаблюдать за церемонией в ходе прямой трансляции. Победителям вручают бумажные цилиндры, которые символизируют «контейнер для хранения знаний», а также 10 трлн зимбабвийских долларов одной банкнотой – правда, эти купюры уже вышли из обращения. Ниже представлен список победителей премии 2022 года: История искусства Награду получили ученые из США, Гватемалы, Австрии и Нидерландов за свое мультидисциплинарное исследование «сцен с ритуальными клизмами на древней керамике майя». Исследуя полихромную керамику позднеклассического периода майя, исследователи обнаружили не только известные ученым сцены – охоту, игры с мячом, жертвоприношения – но и изображения клизм, используемых для ритуальных целей. Физика Сразу двум коллективам ученых из США, Великобритании, Турции и Китая вручили награду в категории «Физика» за попытку объяснить, «как утятам удается плавать строем». В опубликованных исследованиях одним из ключевых аспектов стал вопрос энергоэффективности движения утят при соблюдении определенного строя на воде. Литература Ученые из США, Канада, Великобритании и Австралии стали лауреатами премии за объяснение, почему «юридические документы так сложно понять». Исследователи проанализировали реакцию 108 человек на ряд документов, пытаясь понять, какая из особенностей письма делает чтение наиболее трудным. В числе таких особенностей – непривычное написание с заглавных букв, использование устаревшей и специфичной лексики, употребление страдательного залога и сложноподчиненные конструкции в середине предложения (последний пункт, как выяснилось, вызывает наибольшие затруднения). Прикладная кардиология Премию также получили исследователи из Великобритании, Швеции, Германии, Чехии, Нидерландов и Арубы за свидетельства того, что «сердцебиение влюбленных, которые понравились друг друг при первой встрече, начинает синхронизироваться». Для того, чтобы прийти к подобным выводам, им пришлось измерить, как бьются сердца 140 человек в Нидерландах. Биология Специфику романтических отношений анализировал и бразильско-колумбийский коллектив ученых, правда, в немного ином ключе. Победители в категории «Биология» изучали, влияют ли запоры на перспективы спаривания скорпионов. В частности, их интересовали запоры вследствие метасомальной аутотомии – ситуации, когда скорпион добровольно теряет заднюю часть тела вместе с секцией пищеварительного тракта, чтобы уйти от хищников. Медицина Польские исследователи получили Шнобелевскую премию, доказав, что для некоторых типов химиотерапии пациентам удастся уменьшить интенсивность побочных эффектов, если заменить один из компонентов лечения мороженым. Речь идет об оральном мукозите – одном из побочных эффектов у пациентов, проходящих лечение от онкологических заболеваний. В качестве профилактики врачи иногда дают им кусочки льда – однако, исследований, подтверждающих, что лед может быть заменен на мороженое, еще не было. Премия мира Коллективу ученых из США, Австралии, Китая, Канады и целого ряда европейских стран Шнобелевская премия была присвоена за алгоритм, «помогающий сплетникам решать, когда говорить правду или лгать». Чтобы понять, какая логика движет любителями сплетен, авторы исследования проверяли свои гипотезы, основываясь на поведении участников четырех предложенных игр. Инженерия Ученые из Японии стали лауреатами премии за попытку найти самый «эффективный способ использования пальцев при повороте дверной ручки». В этом исследовании им помогали 32 студента, вращавшие деревянные ручки разного диаметра. Экономика Найти ответ на извечный вопрос попытались ученые из Италии: им предстояло найти математическое объяснение тому, почему успешными становятся не самые талантливые люди, а самые удачливые. Для некоторых авторов данного исследования Шнобелевская премия стала уже второй: в 2010 году они получили ее за математическое доказательство, что организации могут стать более эффективными, если повышения будут предоставляться сотрудникам на случайной основе. Техническая безопасность По словам исследователя Магнуса Генса, получившего Шнобелевскую премию в категории «Техническая безопасность», ежедневно на дорогах одной только Швеции гибнут в среднем 13 лосей. Чтобы помочь автопроизводителям учесть эту проблему при создании более безопасных машин, он создал манекен лося для автомобильных краш-тестов.

После серьезного «хакерского взлома», сервис Uber продолжил работу

Служба заказа такси Uber заявила, что ее система функционирует в рабочем режиме после того, что ее специалисты по безопасности назвали «серьезной утечкой данных»

Как превратить ненужный пластик в полезный материал

Ученые из университета штата Вашингтон разработали новый способ переработки и использования полиактида, биоразлагаемого пластика, который хоть и расщепляется в природных условиях, все равно наносит окружающей среде огромный вред.

Автопром будущего

На чем мы будем ездить через несколько лет и почему?

Добавить комментарий