Kedatangan chip ini mengubah arah pengembangan chip!
Pada akhir tahun 1970-an, prosesor 8-bit masih merupakan teknologi paling canggih saat itu, dan proses CMOS kurang diuntungkan dalam bidang semikonduktor. Insinyur di AT&T Bell Labs mengambil langkah berani menuju masa depan, menggabungkan proses manufaktur CMOS 3,5 mikron yang canggih dengan arsitektur prosesor 32-bit yang inovatif dalam upaya untuk mengungguli pesaing dalam kinerja chip, melampaui IBM dan Intel.
Meskipun penemuan mereka, mikroprosesor Bellmac-32, gagal mencapai kesuksesan komersial seperti produk sebelumnya seperti Intel 4004 (dirilis tahun 1971), pengaruhnya sangat besar. Saat ini, chip di hampir semua ponsel pintar, laptop, dan tablet mengandalkan prinsip semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS) yang dipelopori oleh Bellmac-32.
Tahun 1980-an sudah dekat, dan AT&T berusaha mengubah dirinya. Selama beberapa dekade, raksasa telekomunikasi yang dijuluki "Mother Bell" telah mendominasi bisnis komunikasi suara di Amerika Serikat, dan anak perusahaannya Western Electric memproduksi hampir semua telepon umum di rumah dan kantor Amerika. Pemerintah federal AS mendesak pembubaran bisnis AT&T dengan alasan antimonopoli, tetapi AT&T melihat peluang untuk memasuki bidang komputer.
Dengan perusahaan komputer yang sudah mapan di pasar, AT&T merasa sulit untuk mengejar ketinggalan; strateginya adalah melompati, dan Bellmac-32 adalah batu loncatannya.
Keluarga chip Bellmac-32 telah mendapatkan penghargaan IEEE Milestone Award. Acara peluncurannya akan diadakan tahun ini di kampus Nokia Bell Labs di Murray Hill, New Jersey, dan di Computer History Museum di Mountain View, California.
CHIP UNIK
Alih-alih mengikuti standar industri chip 8-bit, para eksekutif AT&T menantang para insinyur Bell Labs untuk mengembangkan produk revolusioner: mikroprosesor komersial pertama yang mampu mentransfer 32 bit data dalam satu siklus clock. Ini tidak hanya membutuhkan chip baru tetapi juga arsitektur baru—yang dapat menangani peralihan telekomunikasi dan berfungsi sebagai tulang punggung sistem komputasi masa depan.
"Kami tidak hanya membangun chip yang lebih cepat," kata Michael Condry, yang memimpin kelompok arsitektur di fasilitas Bell Labs di Holmdel, New Jersey. "Kami mencoba merancang chip yang dapat mendukung suara dan komputasi."
Saat itu, teknologi CMOS dipandang sebagai alternatif yang menjanjikan tetapi berisiko untuk desain NMOS dan PMOS. Chip NMOS sepenuhnya bergantung pada transistor tipe-N, yang cepat tetapi boros daya, sementara chip PMOS bergantung pada pergerakan lubang bermuatan positif, yang terlalu lambat. CMOS menggunakan desain hibrida yang meningkatkan kecepatan sekaligus menghemat daya. Keunggulan CMOS begitu menarik sehingga industri segera menyadari bahwa meskipun memerlukan transistor dua kali lebih banyak (NMOS dan PMOS untuk setiap gerbang), hal itu sepadan.
Dengan pesatnya perkembangan teknologi semikonduktor yang dijelaskan oleh Hukum Moore, biaya untuk menggandakan kepadatan transistor menjadi terjangkau dan akhirnya dapat diabaikan. Namun, ketika Bell Labs memulai pertaruhan berisiko tinggi ini, teknologi manufaktur CMOS skala besar belum terbukti dan biayanya relatif tinggi.
Hal ini tidak membuat Bell Labs takut. Perusahaan tersebut memanfaatkan keahlian dari kampusnya di Holmdel, Murray Hill, dan Naperville, Illinois, dan menyusun "tim impian" yang terdiri dari para insinyur semikonduktor. Tim tersebut meliputi Condrey, Steve Conn, seorang bintang yang sedang naik daun dalam desain chip, Victor Huang, seorang desainer mikroprosesor lainnya, dan puluhan karyawan dari AT&T Bell Labs. Mereka mulai menguasai proses CMOS baru pada tahun 1978 dan membangun mikroprosesor 32-bit dari awal.
Mulailah dengan arsitektur desain
Condrey adalah mantan IEEE Fellow dan kemudian menjabat sebagai Chief Technology Officer Intel. Tim arsitektur yang dipimpinnya berkomitmen untuk membangun sistem yang secara native mendukung sistem operasi Unix dan bahasa C. Pada saat itu, baik Unix maupun bahasa C masih dalam tahap awal, tetapi ditakdirkan untuk mendominasi. Untuk menembus batas memori kilobyte (KB) yang sangat berharga pada saat itu, mereka memperkenalkan rangkaian instruksi kompleks yang memerlukan lebih sedikit langkah eksekusi dan dapat menyelesaikan tugas dalam satu siklus clock.
Para insinyur juga merancang chip yang mendukung bus paralel VersaModule Eurocard (VME), yang memungkinkan komputasi terdistribusi dan memungkinkan beberapa node memproses data secara paralel. Chip yang kompatibel dengan VME juga memungkinkannya digunakan untuk kontrol waktu nyata.
Tim tersebut menulis versi Unix-nya sendiri dan memberinya kemampuan waktu nyata untuk memastikan kompatibilitas dengan otomatisasi industri dan aplikasi serupa. Insinyur Bell Labs juga menemukan logika domino, yang meningkatkan kecepatan pemrosesan dengan mengurangi penundaan dalam gerbang logika yang kompleks.
Teknik pengujian dan verifikasi tambahan dikembangkan dan diperkenalkan dengan modul Bellmac-32, proyek verifikasi dan pengujian multi-chip yang kompleks yang dipimpin oleh Jen-Hsun Huang yang mencapai nol atau hampir nol cacat dalam pembuatan chip yang kompleks. Ini adalah yang pertama di dunia dalam pengujian sirkuit terpadu skala sangat besar (VLSI). Teknisi Bell Labs mengembangkan rencana sistematis, berulang kali memeriksa pekerjaan rekan kerja mereka, dan akhirnya mencapai kolaborasi yang lancar di berbagai keluarga chip, yang berpuncak pada sistem komputer mikro yang lengkap.
Berikutnya tibalah pada bagian yang paling menantang: produksi chip itu sendiri.
“Pada saat itu, tata letak, pengujian, dan teknologi manufaktur hasil tinggi sangat langka,” kenang Kang, yang kemudian menjadi presiden Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) dan anggota IEEE. Ia mencatat bahwa kurangnya alat CAD untuk verifikasi chip penuh memaksa tim untuk mencetak gambar Calcomp berukuran besar. Skema ini menunjukkan bagaimana transistor, kabel, dan interkoneksi harus disusun dalam sebuah chip untuk memberikan output yang diinginkan. Tim merakitnya di lantai dengan selotip, membentuk gambar persegi raksasa dengan sisi lebih dari 6 meter. Kang dan rekan-rekannya menggambar setiap sirkuit dengan pensil warna, mencari koneksi yang rusak dan interkoneksi yang tumpang tindih atau tidak ditangani dengan benar.
Setelah desain fisik selesai, tim menghadapi tantangan lain: produksi. Chip tersebut diproduksi di pabrik Western Electric di Allentown, Pennsylvania, tetapi Kang mengingat bahwa tingkat hasil (persentase chip pada wafer yang memenuhi standar kinerja dan kualitas) sangat rendah.
Untuk mengatasi hal ini, Kang dan rekan-rekannya berkendara ke pabrik dari New Jersey setiap hari, menyingsingkan lengan baju dan melakukan apa pun yang diperlukan, termasuk menyapu lantai dan mengkalibrasi peralatan uji, untuk membangun persahabatan dan meyakinkan semua orang bahwa produk paling rumit yang pernah coba diproduksi pabrik itu memang dapat dibuat di sana.
“Proses pembentukan tim berjalan lancar,” kata Kang. “Setelah beberapa bulan, Western Electric mampu memproduksi chip berkualitas tinggi dalam jumlah yang melebihi permintaan.”
Versi pertama Bellmac-32 dirilis pada tahun 1980, tetapi gagal memenuhi harapan. Target frekuensi kinerjanya hanya 2 MHz, bukan 4 MHz. Para teknisi menemukan bahwa peralatan uji Takeda Riken canggih yang mereka gunakan saat itu cacat, dengan efek saluran transmisi antara probe dan kepala uji yang menyebabkan pengukuran tidak akurat. Mereka bekerja sama dengan tim Takeda Riken untuk mengembangkan tabel koreksi guna mengoreksi kesalahan pengukuran.
Chip Bellmac generasi kedua memiliki kecepatan clock yang melebihi 6,2 MHz, terkadang hingga 9 MHz. Kecepatan ini dianggap cukup cepat pada saat itu. Prosesor Intel 8088 16-bit yang dirilis IBM pada PC pertamanya pada tahun 1981 memiliki kecepatan clock hanya 4,77 MHz.
Mengapa Bellmac-32 tidak'menjadi arus utama
Meskipun menjanjikan, teknologi Bellmac-32 tidak mendapatkan adopsi komersial yang luas. Menurut Condrey, AT&T mulai melirik produsen peralatan NCR pada akhir 1980-an dan kemudian beralih ke akuisisi, yang berarti perusahaan memilih untuk mendukung berbagai lini produk chip. Saat itu, pengaruh Bellmac-32 mulai tumbuh.
“Sebelum Bellmac-32, NMOS mendominasi pasar,” kata Condry. “Namun, CMOS mengubah lanskap karena terbukti menjadi cara yang lebih efisien untuk mengimplementasikannya di pabrik.”
Seiring berjalannya waktu, realisasi ini membentuk kembali industri semikonduktor. CMOS akan menjadi dasar bagi mikroprosesor modern, yang menggerakkan revolusi digital pada perangkat seperti komputer desktop dan telepon pintar.
Eksperimen berani Bell Labs—menggunakan proses manufaktur yang belum teruji dan mencakup seluruh generasi arsitektur chip—merupakan tonggak sejarah dalam teknologi.
Seperti yang dikatakan Profesor Kang: “Kami berada di garis depan dari apa yang mungkin. Kami tidak hanya mengikuti jalur yang sudah ada, kami merintis jalan baru.” Profesor Huang, yang kemudian menjadi wakil direktur Singapore Institute of Microelectronics dan juga seorang IEEE Fellow, menambahkan: “Ini tidak hanya mencakup arsitektur dan desain chip, tetapi juga verifikasi chip skala besar – menggunakan CAD tetapi tanpa alat simulasi digital masa kini atau bahkan breadboard (cara standar untuk memeriksa desain sirkuit sistem elektronik menggunakan chip sebelum komponen sirkuit dihubungkan secara permanen).”
Condry, Kang, dan Huang mengenang masa itu dengan penuh rasa sayang dan mengungkapkan kekagumannya atas keterampilan dan dedikasi banyak karyawan AT&T yang upayanya memungkinkan terciptanya keluarga chip Bellmac-32.
Waktu posting: 19-Mei-2025