इस चिप के आने से चिप विकास की दिशा ही बदल गई!
1970 के दशक के उत्तरार्ध में, 8-बिट प्रोसेसर उस समय की सबसे उन्नत तकनीक थे, और सेमीकंडक्टर क्षेत्र में CMOS प्रक्रियाएं पिछड़ रही थीं। AT&T बेल लैब्स के इंजीनियरों ने भविष्य की ओर एक साहसिक कदम उठाया, अत्याधुनिक 3.5-माइक्रोन CMOS निर्माण प्रक्रियाओं को नवोन्मेषी 32-बिट प्रोसेसर आर्किटेक्चर के साथ मिलाकर चिप प्रदर्शन में प्रतिस्पर्धियों को पछाड़ते हुए IBM और Intel को पीछे छोड़ दिया।
हालांकि उनके आविष्कार, बेलमैक-32 माइक्रोप्रोसेसर को इंटेल 4004 (1971 में जारी) जैसे पूर्ववर्ती उत्पादों जितनी व्यावसायिक सफलता नहीं मिली, फिर भी इसका प्रभाव गहरा था। आज, लगभग सभी स्मार्टफोन, लैपटॉप और टैबलेट में इस्तेमाल होने वाले चिप्स बेलमैक-32 द्वारा विकसित किए गए कॉम्प्लीमेंट्री मेटल-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (सीएमओएस) सिद्धांतों पर आधारित हैं।
1980 का दशक नज़दीक आ रहा था और एटीएंडटी खुद को बदलने की कोशिश कर रही थी। दशकों से, "मदर बेल" के नाम से मशहूर इस दूरसंचार कंपनी ने संयुक्त राज्य अमेरिका में वॉइस कम्युनिकेशन के कारोबार पर अपना दबदबा बनाए रखा था, और इसकी सहायक कंपनी वेस्टर्न इलेक्ट्रिक अमेरिकी घरों और दफ्तरों में इस्तेमाल होने वाले लगभग सभी टेलीफोनों का उत्पादन करती थी। अमेरिकी संघीय सरकार ने एंटीट्रस्ट नियमों के आधार पर एटीएंडटी के कारोबार को विभाजित करने का आग्रह किया, लेकिन एटीएंडटी को कंप्यूटर क्षेत्र में प्रवेश करने का अवसर नज़र आया।
कंप्यूटर कंपनियां पहले से ही बाजार में अच्छी तरह से स्थापित थीं, इसलिए एटी एंड टी को उनसे मुकाबला करने में मुश्किल हो रही थी; उसकी रणनीति छलांग लगाकर आगे बढ़ने की थी, और बेलमैक-32 उसका लॉन्चपैड था।
बेलमैक-32 चिप परिवार को IEEE माइलस्टोन अवार्ड से सम्मानित किया गया है। इसका अनावरण समारोह इस वर्ष न्यू जर्सी के मरे हिल स्थित नोकिया बेल लैब्स परिसर और कैलिफोर्निया के माउंटेन व्यू स्थित कंप्यूटर हिस्ट्री म्यूजियम में आयोजित किया जाएगा।
अद्वितीय चिप
उद्योग के मानक 8-बिट चिप्स का अनुसरण करने के बजाय, एटी एंड टी के अधिकारियों ने बेल लैब्स के इंजीनियरों को एक क्रांतिकारी उत्पाद विकसित करने की चुनौती दी: पहला वाणिज्यिक माइक्रोप्रोसेसर जो एक ही क्लॉक साइकिल में 32 बिट डेटा स्थानांतरित करने में सक्षम हो। इसके लिए न केवल एक नई चिप बल्कि एक नई वास्तुकला की भी आवश्यकता थी—एक ऐसी वास्तुकला जो दूरसंचार स्विचिंग को संभाल सके और भविष्य के कंप्यूटिंग सिस्टम की आधारशिला के रूप में कार्य कर सके।
बेल लैब्स के होल्मडेल, न्यू जर्सी स्थित संयंत्र में आर्किटेक्चर समूह के प्रमुख माइकल कोंड्री ने कहा, "हम सिर्फ एक तेज़ चिप नहीं बना रहे हैं। हम एक ऐसी चिप डिजाइन करने की कोशिश कर रहे हैं जो आवाज और कंप्यूटिंग दोनों को सपोर्ट कर सके।"
उस समय, CMOS तकनीक को NMOS और PMOS डिज़ाइनों के एक आशाजनक लेकिन जोखिम भरे विकल्प के रूप में देखा जाता था। NMOS चिप्स पूरी तरह से N-प्रकार के ट्रांजिस्टरों पर निर्भर थे, जो तेज़ तो थे लेकिन अधिक बिजली की खपत करते थे, जबकि PMOS चिप्स धनात्मक आवेशित छिद्रों की गति पर निर्भर थे, जो बहुत धीमी थी। CMOS ने एक हाइब्रिड डिज़ाइन का उपयोग किया जिससे गति तो बढ़ी लेकिन बिजली की बचत भी हुई। CMOS के लाभ इतने प्रभावशाली थे कि उद्योग ने जल्द ही महसूस किया कि भले ही इसके लिए दोगुने ट्रांजिस्टरों (प्रत्येक गेट के लिए NMOS और PMOS) की आवश्यकता हो, यह इसके लायक था।
मूर के नियम द्वारा वर्णित सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी के तीव्र विकास के साथ, ट्रांजिस्टर घनत्व को दोगुना करने की लागत प्रबंधनीय हो गई और अंततः नगण्य हो गई। हालांकि, जब बेल लैब्स ने इस उच्च जोखिम वाले प्रयास को शुरू किया, तब बड़े पैमाने पर CMOS विनिर्माण प्रौद्योगिकी अप्रमाणित थी और लागत अपेक्षाकृत अधिक थी।
इससे बेल लैब्स घबराई नहीं। कंपनी ने इलिनोइस के होल्मडेल, मरे हिल और नैपरविले स्थित अपने परिसरों की विशेषज्ञता का लाभ उठाया और सेमीकंडक्टर इंजीनियरों की एक "ड्रीम टीम" का गठन किया। इस टीम में कॉन्ड्रे, चिप डिजाइन के क्षेत्र में उभरते सितारे स्टीव कॉन, एक अन्य माइक्रोप्रोसेसर डिजाइनर विक्टर हुआंग और एटी एंड टी बेल लैब्स के दर्जनों कर्मचारी शामिल थे। उन्होंने 1978 में एक नई CMOS प्रक्रिया में महारत हासिल करना शुरू किया और बिल्कुल शुरुआत से एक 32-बिट माइक्रोप्रोसेसर का निर्माण किया।
डिजाइन आर्किटेक्चर से शुरुआत करें
कॉन्ड्रे पूर्व में IEEE फेलो थे और बाद में इंटेल के मुख्य प्रौद्योगिकी अधिकारी के रूप में कार्यरत रहे। उनके नेतृत्व वाली आर्किटेक्चर टीम एक ऐसा सिस्टम बनाने के लिए प्रतिबद्ध थी जो यूनिक्स ऑपरेटिंग सिस्टम और सी भाषा को मूल रूप से सपोर्ट करता हो। उस समय, यूनिक्स और सी भाषा दोनों ही अपनी प्रारंभिक अवस्था में थे, लेकिन भविष्य में इनका दबदबा बनने वाला था। उस समय की अत्यंत महत्वपूर्ण मेमोरी सीमा (किलोबाइट्स, केबी) को पार करने के लिए, उन्होंने एक जटिल निर्देश सेट पेश किया जिसमें कम निष्पादन चरणों की आवश्यकता होती थी और जो एक क्लॉक साइकिल के भीतर कार्यों को पूरा कर सकता था।
इंजीनियरों ने वर्सामॉड्यूल यूरोकार्ड (वीएमई) पैरेलल बस को सपोर्ट करने वाले चिप्स भी डिजाइन किए हैं, जो डिस्ट्रीब्यूटेड कंप्यूटिंग को सक्षम बनाता है और कई नोड्स को समानांतर रूप से डेटा प्रोसेस करने की अनुमति देता है। वीएमई-कम्पैटिबल चिप्स उन्हें रियल-टाइम कंट्रोल के लिए भी उपयोग करने में सक्षम बनाते हैं।
टीम ने यूनिक्स का अपना संस्करण लिखा और औद्योगिक स्वचालन और इसी तरह के अनुप्रयोगों के साथ अनुकूलता सुनिश्चित करने के लिए इसे वास्तविक समय की क्षमताएं प्रदान कीं। बेल लैब्स के इंजीनियरों ने डोमिनो लॉजिक का भी आविष्कार किया, जिसने जटिल लॉजिक गेट्स में देरी को कम करके प्रसंस्करण गति को बढ़ाया।
जेन-हसुन हुआंग के नेतृत्व में विकसित जटिल मल्टी-चिप सत्यापन और परीक्षण परियोजना, बेलमैक-32 मॉड्यूल के साथ अतिरिक्त परीक्षण और सत्यापन तकनीकें विकसित और लागू की गईं, जिसने जटिल चिप निर्माण में शून्य या लगभग शून्य दोष प्राप्त किए। यह वेरी लार्ज स्केल इंटीग्रेटेड सर्किट (VLSI) परीक्षण के क्षेत्र में एक अभूतपूर्व उपलब्धि थी। बेल लैब्स के इंजीनियरों ने एक व्यवस्थित योजना विकसित की, अपने सहयोगियों के काम की बार-बार जाँच की और अंततः कई चिप परिवारों में निर्बाध सहयोग स्थापित किया, जिसके परिणामस्वरूप एक पूर्ण माइक्रो कंप्यूटर सिस्टम का निर्माण हुआ।
अब आता है सबसे चुनौतीपूर्ण हिस्सा: चिप का वास्तविक निर्माण।
“उस समय लेआउट, परीक्षण और उच्च-उत्पादन तकनीकें बहुत कम उपलब्ध थीं,” कांग याद करते हैं, जो बाद में कोरिया एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (KAIST) के अध्यक्ष और IEEE के फेलो बने। वे बताते हैं कि फुल-चिप सत्यापन के लिए CAD टूल्स की कमी के कारण टीम को बड़े आकार के कैल्कॉम्प ड्राइंग प्रिंट करने पड़े। ये आरेख दिखाते हैं कि वांछित आउटपुट प्राप्त करने के लिए ट्रांजिस्टर, तार और इंटरकनेक्ट को चिप के भीतर कैसे व्यवस्थित किया जाना चाहिए। टीम ने उन्हें टेप की मदद से फर्श पर इकट्ठा किया, जिससे 6 मीटर से अधिक भुजा वाला एक विशाल वर्गाकार चित्र बना। कांग और उनके सहयोगियों ने प्रत्येक सर्किट को रंगीन पेंसिल से हाथ से बनाया, टूटे हुए कनेक्शन और ओवरलैपिंग या गलत तरीके से जुड़े इंटरकनेक्ट की जाँच की।
भौतिक डिज़ाइन पूरा होने के बाद, टीम के सामने एक और चुनौती थी: उत्पादन। चिप्स का उत्पादन पेंसिल्वेनिया के एलेनटाउन स्थित वेस्टर्न इलेक्ट्रिक संयंत्र में किया गया था, लेकिन कांग को याद है कि उत्पादन दर (वेफर पर चिप्स का वह प्रतिशत जो प्रदर्शन और गुणवत्ता मानकों को पूरा करता था) बहुत कम थी।
इस समस्या को हल करने के लिए, कांग और उनके सहयोगी हर दिन न्यू जर्सी से संयंत्र तक गाड़ी चलाकर जाते थे, कमर कस लेते थे और सौहार्द बनाने और सभी को यह विश्वास दिलाने के लिए कि संयंत्र में अब तक उत्पादित किए जाने वाले सबसे जटिल उत्पाद को वास्तव में वहां बनाया जा सकता है, फर्श की सफाई और परीक्षण उपकरणों को कैलिब्रेट करने सहित जो भी आवश्यक था वह करते थे।
कांग ने कहा, "टीम बनाने की प्रक्रिया सुचारू रूप से चली। कुछ महीनों के बाद, वेस्टर्न इलेक्ट्रिक मांग से अधिक मात्रा में उच्च गुणवत्ता वाले चिप्स का उत्पादन करने में सक्षम हो गई।"
बेलमैक-32 का पहला संस्करण 1980 में जारी किया गया था, लेकिन यह उम्मीदों पर खरा नहीं उतर पाया। इसकी प्रदर्शन लक्ष्य आवृत्ति केवल 2 मेगाहर्ट्ज थी, न कि 4 मेगाहर्ट्ज। इंजीनियरों ने पाया कि उस समय वे जिस अत्याधुनिक ताकेडा रिकेन परीक्षण उपकरण का उपयोग कर रहे थे, उसमें खामी थी। प्रोब और टेस्ट हेड के बीच ट्रांसमिशन लाइन के प्रभावों के कारण माप में अशुद्धियाँ आ रही थीं। उन्होंने माप त्रुटियों को दूर करने के लिए एक सुधार तालिका विकसित करने हेतु ताकेडा रिकेन टीम के साथ मिलकर काम किया।
दूसरी पीढ़ी के बेलमैक चिप्स की क्लॉक स्पीड 6.2 मेगाहर्ट्ज से अधिक थी, कभी-कभी तो 9 मेगाहर्ट्ज तक भी पहुंच जाती थी। उस समय इसे काफी तेज माना जाता था। वहीं, आईबीएम ने 1981 में अपने पहले पीसी में जो 16-बिट इंटेल 8088 प्रोसेसर जारी किया था, उसकी क्लॉक स्पीड केवल 4.77 मेगाहर्ट्ज थी।
बेलमैक-32 क्यों नहीं'मुख्यधारा बनना
अपनी संभावनाओं के बावजूद, बेलमैक-32 तकनीक को व्यापक व्यावसायिक स्वीकृति नहीं मिली। कॉन्ड्रे के अनुसार, 1980 के दशक के उत्तरार्ध में एटी एंड टी ने उपकरण निर्माता एनसीआर पर नज़र डालनी शुरू की और बाद में अधिग्रहण का सहारा लिया, जिसका अर्थ था कि कंपनी ने विभिन्न चिप उत्पाद श्रृंखलाओं का समर्थन करने का विकल्प चुना। तब तक, बेलमैक-32 का प्रभाव बढ़ने लगा था।
कोंड्री ने कहा, "बेलमैक-32 से पहले, एनएमओएस का बाजार पर दबदबा था। लेकिन सीएमओएस ने परिदृश्य बदल दिया क्योंकि यह फैब में इसे लागू करने का अधिक कुशल तरीका साबित हुआ।"
समय के साथ, इस अहसास ने सेमीकंडक्टर उद्योग को नया रूप दिया। CMOS आधुनिक माइक्रोप्रोसेसरों का आधार बन गया, जिसने डेस्कटॉप कंप्यूटर और स्मार्टफोन जैसे उपकरणों में डिजिटल क्रांति को शक्ति प्रदान की।
बेल लैब्स का साहसिक प्रयोग—जिसमें एक अप्रतिरोपित विनिर्माण प्रक्रिया का उपयोग किया गया और चिप आर्किटेक्चर की पूरी एक पीढ़ी को शामिल किया गया—प्रौद्योगिकी के इतिहास में एक मील का पत्थर था।
जैसा कि प्रोफेसर कांग कहते हैं: “हम उस समय जो संभव था, उसमें सबसे आगे थे। हम केवल किसी मौजूदा रास्ते का अनुसरण नहीं कर रहे थे, बल्कि एक नया मार्ग प्रशस्त कर रहे थे।” प्रोफेसर हुआंग, जो बाद में सिंगापुर इंस्टीट्यूट ऑफ माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के उप निदेशक बने और IEEE फेलो भी हैं, आगे कहते हैं: “इसमें न केवल चिप आर्किटेक्चर और डिज़ाइन शामिल था, बल्कि बड़े पैमाने पर चिप सत्यापन भी शामिल था – CAD का उपयोग करते हुए, लेकिन आज के डिजिटल सिमुलेशन टूल या ब्रेडबोर्ड (सर्किट घटकों को स्थायी रूप से एक साथ जोड़ने से पहले चिप्स का उपयोग करके एक इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के सर्किट डिज़ाइन की जाँच करने का एक मानक तरीका) के बिना।”
कॉन्ड्री, कांग और हुआंग उस समय को स्नेहपूर्वक याद करते हैं और एटी एंड टी के उन अनेक कर्मचारियों के कौशल और समर्पण की प्रशंसा करते हैं जिनके प्रयासों से बेलमैक-32 चिप परिवार संभव हो पाया।
पोस्ट करने का समय: 19 मई 2025