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Thomas Nguyen, CC BY-SA 4.0
Hoy hace 50 años, el 15 de noviembre de 1971, Intel lanzó el 4004 y, por extensión, la era de las computadoras modernas. El 4004 fue el primer microprocesador o CPU producido comercialmente. Fue un logro técnico enorme para Intel, y el equipo de diseño, que estaba dirigido por Federico Faggin, abrió nuevos caminos de varias maneras.

Intel contrató a Faggin para resolver un problema: había negociado un trato con la empresa japonesa de calculadoras Busicom, en el que Intel debía producir un diseño de calculadora de cuatro chips para los próximos productos Busicom. El problema era que nadie en Intel podía construir la CPU. En ese momento, Intel era principalmente una empresa de memorias. A Faggin se le informó sobre el proyecto Busicom retrasado en su primer día. En su propio relato del desarrollo del 4004, publicado en 2009, Faggin escribió :

Stan también me dijo que Shima llegaría en unos días para verificar el progreso, esperando encontrar el diseño lógico de la CPU completado y los otros chips en un estado avanzado de diseño. El problema era que desde finales de 1969 no se había trabajado en el proyecto y no se le informó a Busicom.

Cuando vi los cronogramas del proyecto que se prometieron a Busicom, me quedé boquiabierto: tenía menos de seis meses para diseñar cuatro chips, uno de los cuales, la CPU, estaba en el límite de lo que era posible; nunca antes se había hecho un chip de esa complejidad. No tenía a nadie trabajando para mí para compartir la carga de trabajo; Intel nunca antes había creado chips personalizados de lógica aleatoria y, a diferencia de otras compañías en ese negocio, no tenía metodología ni herramientas de diseño para un diseño rápido y sin errores.

Faggin continúa señalando que la gente de Intel como Andy Grove, "… consideraba mi proyecto como una diversión ideada por los chicos de marketing para ganar algo de dinero mientras esperaban que el negocio de la memoria, la verdadera misión de Intel, madure".

A pesar de estas dificultades, Faggin entregó la CPU en diciembre de 1970. El 4004 fue construido usando la entonces nueva tecnología de puerta de silicio de semiconductores de óxido de metal (MOS). Contenía 2300 transistores lógicos aleatorios, con un tiempo de ciclo de instrucción básico de 10,7 us, o aproximadamente 92.000 instrucciones por segundo. Si bien este nivel de rendimiento no llama la atención hoy en día, la capacidad del 4004 para ofrecer ese tipo de rendimiento en un diseño de cuatro chips fue un gran avance en 1971.

Incluso la convención de nomenclatura del chip era nueva. Faggin comenzó un nuevo método de denominación, agrupando 4001 (ROM), 4002 (RAM), 4003 (Shift Register) y 4004 (CPU) en secuencia, para mostrar que eran parte de la misma familia de productos. El 4004 de Intel sería reemplazado por el 8008, 8080, 8085 y, eventualmente, el 8086. Faggin luego fundó Zilog, uno de los primeros competidores (¿para quién?) Cuya CPU Z80 era popular a fines de la década de 1970 y principios de la de 1980. Zilog se centró en el mercado de los microcontroladores en lugar de perseguir a Intel en el negocio de los microprocesadores de alto rendimiento, pero la compañía todavía está en el negocio hoy.

En cuanto al 4004, no está directamente relacionado con las CPU x86 que usamos hoy, pero uno podría pensar en él como un australopitecino para nuestro propio Homo sapiens . Si bien el apodo “8008” de Intel fue elegido para basarse directamente en el éxito del 4004, los diseños 4004 y 8008 no están relacionados y fue este último el que condujo al x86.

Chips como el 4004 y el 8008 (así como varias CPU de los competidores de Intel como el 6502 algo posterior) demostraron que había un mercado floreciente para pequeños microprocesadores que no eran ni de lejos tan potentes, o tan caros, como el hardware de clase mainframe disponible. en ese momento de empresas como IBM. Intel eventualmente se alejaría de la memoria y dedicaría más recursos al desarrollo de CPU.

Mirar hacia atrás en el 4004 enfatiza lo lejos que hemos llegado. El 4004 funcionaba a 750 KHz. Se envió en un momento en que IPC (Instrucciones por ciclo) se discutía más generalmente como CPI – Ciclos por instrucción, y se necesitaba un mínimo de ~ 8 ciclos de reloj para procesar una sola instrucción. Puede ser difícil recordar que hubo un momento en que una calculadora consumía más chips (y más área de silicio en total) de lo que ahora se requiere para alimentar un dispositivo iPhone o Android moderno. En menos de una vida humana, hemos aumentado las velocidades de reloj en ~ 6000x, por no hablar de las mejoras en el IPC, el consumo de energía y el área de la matriz.

Feliz 50 cumpleaños para el 4004 y la revolución de los microprocesadores.

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