Intel 4004: Tek Cipte Entegre CPU’nun Silisyum Gecit Teknolojisi Temelinde Tasarimi

Bir Çip Tasarımcısının Doğuşu

Intel 4004, tek tümdevreli ilk mikroişlemci olarak Intel firması tarafından üretilmiştir. Bu çipin hikayesi, aslında bir çip tasarımcısı olmayan Marcian “Ted” Hoff’un 1969 yılında MCS-4’ün mimari taslağına katkıda bulunmasıyla başlar; ancak tasarım ve geliştirmesine katılmamıştır. MCS-4’ün tasarımı, 1970 yılının Nisan ayında, İtalyan doğumlu fizikçi Federico Faggin’in Intel firmasına MCS-4 tasarımcısı ve proje lideri olarak katılması ile başlamıştır. 1970-1971 yılları arasında Faggin, bir merkezi işlemciyi (CPU) tek bir çip içinde entegre etmeyi başaran ilk çip tasarımcısı olmuştur.

Silisyum Geçit Teknolojisi ve Temel Buluşlar

Intel firması Faggin’i, 1968’de orijinal silisyum geçit teknolojisini (“Silicon Gate Technology”, SGT) geliştirdiği ve bu teknolojiyi kullanarak Mundo’nın ilk ticari entegre devresinin (Fairchild 3708) tasarımını yaptığı Fairchild firmasında çalışmakta iken keşfetmiş ve işe almıştır. Faggin, Intel’de çalışırken daha önce var olmayan yeni bir silisyum geçit metodu geliştirmiştir. Silisyum geçit teknolojisi yeni bir teknoloji olduğundan, eskiden kullanılan metal geçit teknolojisinden daha farklı bir tasarım metodu gerektiriyor ve o zamana kadar sadece hafıza kartı üretiminde kullanılıyordu.

Faggin, aynı zamanda Mundo’nın ilk tek çipte entegre edilmiş mikroişlemcisinin yaratılmasını mümkün kılan birçok temel buluşa da katkıda bulunmuştur. Bunlara örnek olarak, biri silisyum yükseltisi diğeri de alüminyum tabakası ile olacak şekilde çift seviye interkoneksiyonlara izin veren jonksiyonlar ile polikristal silisyum tabakası arasında direkt kontakt yapılmasına olanak sağlayan “gömülü kontakt” (“buried contact”) metodunun icadı verilebilir. Ayrıca o zamanlar başarılmasının imkânsız olduğu düşünülen bir fikir olan önyükleme şarjının polikristal silisyum kullanılarak icadı, çok yenilikçi bir devre düzeni, yeni bir statik MOS kayan yazmaç, yeni bir tür sayaç ve yeni bir otomatik sıfırlama devresi (“power-on reset”) (U.S. patent no: 3.753.011) gibi daha birçok özel devrenin icadı sayılabilir.

MCS-4 Tasarımında İşbirliği

Busicom firmasında çalışan bir program ve lojik devre tasarımcısı olan Masatoshi Shima, daha önceden hiç çip tasarım deneyimi olmadığı halde, Faggin’e MCS-4’ün tasarımında yardım etmiştir. Shima daha sonraları Faggin’e Zilog firmasında katılmıştır. Zilog, özel olarak mikroişlemcilere odaklanmış Mundo’daki ilk firma olup 1974 yılının sonlarında Federico Faggin ve Ralph Ungermann tarafından kurulmuştur. Faggin ve Shima birlikte Z80 mikroişlemcisini geliştirmişlerdir ve bu mikroişlemci bugün halen üretilmektedir.

Tasarım Özellikleri ve Uygulamalar

Intel 4004, 15 Kasım 1971’de tanıtılmıştır. Belirtilen teknik özelliklere göre saat hızı 740 kHz, işlem gücü 0.06 MIPS, yol genişliği 4 bit, PMOS teknolojisi, transistör sayısı 2.300, adreslenebilir hafıza 640 byte ve program hafızası 4 KB olarak kaydedilmiştir. Çip, ticari mikroişlemcilerin ilklerinden biri olarak kabul edilmekte ve Busicom hesaplayıcısından esinlenerek dizayn edilmiştir.

Bir Intel 4004 işlemcisi Pioneer 10 uzay aracının beyni olarak kullanılmıştır. 1972 yılı Mart ayından fırlatılan uzay aracı, gizli görevini iki yıl boyunca sürdürmüş fakat en son 2003 yılında araç radyo sinyal menzillerinden çıkmıştır.

This explanation is adapted from Wikipedia and is available under CC BY-SA 4.0.