Kemunculan chip ini mengubah arah pengembangan chip!
Pada akhir tahun 1970-an, prosesor 8-bit masih merupakan teknologi tercanggih saat itu, dan proses CMOS berada pada posisi yang kurang menguntungkan di bidang semikonduktor. Para insinyur di AT&T Bell Labs mengambil langkah berani menuju masa depan, menggabungkan proses manufaktur CMOS 3,5 mikron yang mutakhir dengan arsitektur prosesor 32-bit yang inovatif dalam upaya untuk mengungguli para pesaing dalam kinerja chip, melampaui IBM dan Intel.
Meskipun penemuan mereka, mikroprosesor Bellmac-32, gagal mencapai kesuksesan komersial seperti produk-produk sebelumnya seperti Intel 4004 (dirilis pada tahun 1971), pengaruhnya sangat besar. Saat ini, chip di hampir semua ponsel pintar, laptop, dan tablet bergantung pada prinsip semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS) yang dipelopori oleh Bellmac-32.
Dekade 1980-an semakin dekat, dan AT&T berusaha untuk bertransformasi. Selama beberapa dekade, raksasa telekomunikasi yang dijuluki "Mother Bell" ini 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 pemecahan 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 kesulitan untuk mengejar ketinggalan; strateginya adalah melompat jauh ke depan, dan Bellmac-32 menjadi batu loncatannya.
Keluarga chip Bellmac-32 telah dianugerahi Penghargaan Milestone IEEE. Upacara peluncurannya akan diadakan tahun ini di kampus Nokia Bell Labs di Murray Hill, New Jersey, dan di Museum Sejarah Komputer di Mountain View, California.
CHIP UNIK
Alih-alih mengikuti standar industri berupa 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. Hal ini tidak hanya membutuhkan chip baru tetapi juga arsitektur baru—yang mampu menangani switching 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."
Pada saat itu, teknologi CMOS dipandang sebagai alternatif yang menjanjikan namun berisiko dibandingkan 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 sangat menarik sehingga industri segera menyadari bahwa meskipun membutuhkan transistor dua kali lebih banyak (NMOS dan PMOS untuk setiap gerbang), hal itu sepadan.
Dengan perkembangan pesat 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 masih belum terbukti dan biayanya relatif tinggi.
Hal ini tidak membuat Bell Labs gentar. Perusahaan tersebut memanfaatkan keahlian dari kampus-kampusnya di Holmdel, Murray Hill, dan Naperville, Illinois, dan mengumpulkan "tim impian" yang terdiri dari para insinyur semikonduktor. Tim tersebut termasuk Condrey, Steve Conn, seorang bintang yang sedang naik daun di bidang 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 Anggota IEEE dan kemudian menjabat sebagai Kepala Teknologi 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 perkembangannya, tetapi ditakdirkan untuk mendominasi. Untuk menembus batasan memori yang sangat berharga yaitu kilobyte (KB) pada saat itu, mereka memperkenalkan serangkaian instruksi kompleks yang membutuhkan 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 banyak node untuk memproses data secara paralel. Chip yang kompatibel dengan VME juga memungkinkan penggunaannya untuk kontrol waktu nyata.
Tim tersebut menulis versi Unix mereka sendiri dan memberikannya kemampuan waktu nyata untuk memastikan kompatibilitas dengan otomatisasi industri dan aplikasi serupa. Para insinyur Bell Labs juga menciptakan logika domino, yang meningkatkan kecepatan pemrosesan dengan mengurangi penundaan pada gerbang logika yang kompleks.
Teknik pengujian dan verifikasi tambahan dikembangkan dan diperkenalkan dengan modul Bellmac-32, sebuah proyek verifikasi dan pengujian multi-chip kompleks yang dipimpin oleh Jen-Hsun Huang yang mencapai nol atau mendekati nol cacat dalam pembuatan chip kompleks. Ini merupakan yang pertama di dunia dalam pengujian sirkuit terpadu skala sangat besar (VLSI). Para insinyur Bell Labs mengembangkan rencana sistematis, berulang kali memeriksa pekerjaan rekan-rekan mereka, dan akhirnya mencapai kolaborasi tanpa hambatan di berbagai keluarga chip, yang berpuncak pada sistem mikrokomputer yang lengkap.
Selanjutnya tibalah bagian yang paling menantang: pembuatan chip itu sendiri.
“Pada saat itu, teknologi tata letak, pengujian, dan manufaktur dengan hasil tinggi sangat langka,” kenang Kang, yang kemudian menjadi presiden Institut Sains dan Teknologi Lanjutan Korea (KAIST) dan anggota IEEE. Ia mencatat bahwa kurangnya alat CAD untuk verifikasi chip lengkap memaksa tim untuk mencetak gambar Calcomp berukuran besar. Skema ini menunjukkan bagaimana transistor, kabel, dan interkoneksi harus disusun di dalam 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 tangan menggunakan pensil warna, mencari koneksi yang rusak dan interkoneksi yang tumpang tindih atau ditangani dengan tidak benar.
Setelah desain fisik selesai, tim menghadapi tantangan lain: manufaktur. Chip tersebut diproduksi di pabrik Western Electric di Allentown, Pennsylvania, tetapi Kang mengingat bahwa tingkat hasil produksi (persentase chip pada wafer yang memenuhi standar kinerja dan kualitas) sangat rendah.
Untuk mengatasi hal ini, Kang dan rekan-rekannya setiap hari berkendara ke pabrik dari New Jersey, menyingsingkan lengan baju mereka dan melakukan apa pun yang diperlukan, termasuk menyapu lantai dan mengkalibrasi peralatan uji, untuk membangun kekompakan dan meyakinkan semua orang bahwa produk paling kompleks yang pernah coba diproduksi pabrik tersebut 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. Frekuensi target kinerjanya hanya 2 MHz, bukan 4 MHz. Para insinyur menemukan bahwa peralatan uji Takeda Riken canggih yang mereka gunakan saat itu memiliki kekurangan, dengan efek saluran transmisi antara probe dan kepala uji menyebabkan pengukuran yang tidak akurat. Mereka bekerja sama dengan tim Takeda Riken untuk mengembangkan tabel koreksi guna memperbaiki kesalahan pengukuran.
Chip Bellmac generasi kedua memiliki kecepatan clock melebihi 6,2 MHz, terkadang mencapai 9 MHz. Ini dianggap cukup cepat pada saat itu. Prosesor Intel 8088 16-bit yang dirilis IBM pada PC pertamanya pada tahun 1981 hanya memiliki kecepatan clock 4,77 MHz.
Mengapa Bellmac-32 tidak'menjadi arus utama
Terlepas dari potensinya, teknologi Bellmac-32 tidak mendapatkan adopsi komersial yang luas. Menurut Condrey, AT&T mulai mempertimbangkan produsen peralatan NCR pada akhir tahun 1980-an dan kemudian beralih ke akuisisi, yang berarti perusahaan memilih untuk mendukung lini produk chip yang berbeda. Pada saat itu, pengaruh Bellmac-32 sudah mulai berkembang.
“Sebelum Bellmac-32, NMOS mendominasi pasar,” kata Condry. “Namun CMOS mengubah lanskap karena terbukti menjadi cara yang lebih efisien untuk mengimplementasikannya di pabrik.”
Seiring waktu, kesadaran ini mengubah industri semikonduktor. CMOS menjadi dasar bagi mikroprosesor modern, yang mendorong revolusi digital pada perangkat seperti komputer desktop dan ponsel pintar.
Eksperimen berani Bell Labs—menggunakan proses manufaktur yang belum teruji dan mencakup seluruh generasi arsitektur chip—merupakan tonggak sejarah dalam dunia teknologi.
Seperti yang dikatakan Profesor Kang: “Kami berada di garis depan dari apa yang mungkin. Kami tidak hanya mengikuti jalan yang sudah ada, kami merintis jalan baru.” Profesor Huang, yang kemudian menjadi wakil direktur Institut Mikroelektronika Singapura dan juga seorang Fellow IEEE, menambahkan: “Ini termasuk tidak hanya arsitektur dan desain chip, tetapi juga verifikasi chip skala besar – menggunakan CAD tetapi tanpa alat simulasi digital saat ini 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 senang dan mengungkapkan kekaguman atas keterampilan dan dedikasi banyak karyawan AT&T yang upayanya memungkinkan terciptanya keluarga chip Bellmac-32.
Waktu posting: 19 Mei 2025