英特尔4004是世界上第一个微处理器

导读：英特尔于1971年11月开始宣传4004：“宣布集成电子产品的新时代的到来”。英特尔4004是世界上第一个微处理器，即在单芯片上的完整通用CPU。 该产品于1971年3月发布，采用最先进的硅栅技术，标志着英特尔在处理器行业崛起和获得全球主导地位的开始。

英特尔4004是世界上第一个微处理器，即在单芯片上的完整通用CPU。 该产品于1971年3月发布，采用最先进的硅栅技术，标志着英特尔在处理器行业崛起和获得全球主导地位的开始。

你可能会想，作为当时一家初出茅庐的公司，英特尔一定把全部资源投入于这个开创性的项目。但事实上，4004是一个人手不足差点失败的编外项目，这个项目只是为筹集现金用于开发英特尔真正的产品线：内存芯片。

正如Ken Shirrif在2016年7月的IEEE Spectrum专题文章中所描述的那样，20世纪60年代不断增长的晶体管数量和集成电路的复杂性意味着，到1970年， 多方会参与到微处理器的竞争中。其中，诸如德州仪器（Texas Instruments）之类的公司拥有比英特尔更多的资源。 那为什么于1968年成立的英特尔，会首先赢得了胜利呢？ 这主要归功于四位工程师，其中一位甚至不是为英特尔工作的。

四位工程师中的第一位是Masatoshi Shima，他当时在日本办公室计算器公司Busicom工作，该公司希望创建一个新的计算机化计算器。 1969年4月，Busicom和英特尔签署了一项临时协议，让英特尔为其计算器开发一套定制芯片。

因此，在1969年6月，Shima和其他人前往英特尔更详细地讨论了这些计划。 Shima提出了一个八芯片系统：三个芯片与键盘和打印机等外围设备接口，一个芯片用于存储数据，一个芯片用于存储程序代码，还有两个芯片组成CPU回顾集成电子跨时代产品—英特尔4004微处理器Shima在计算机历史博物馆的2009年研究员奖活动中，以及Busicom计算器，它是世界上第一个微处理器的目标应用程序。

Ted Hoff是我们故事中的第二位工程师，也是当时与Busicom谈判的英特尔应用部门的负责人。 Hoff担心英特尔生产如此多的芯片会很费力，特别是因为该系统需要多个芯片引脚才能互连，这对英特尔使用的陶瓷封装技术的是个极限挑战。

他提出将芯片数量减半：一个256字节的程序存储器芯片4001，一个40字节的数据存储器芯片4002，一个外围接口芯片4003和一个CPU芯片4004。整个系统被称为MCS-4，是4比特的，大大减少了互连芯片所需的引脚数量。Hoff引入了第三位工程师，英特尔的Stanley Mazor。Hoff和Mazor一起为每个芯片制定了规格说明并提议了生产计划。

在1969年10月的一次后续会议上，英特尔提出了反对提案。 Busicom很感兴趣，Shima回到日本为新计算器制作原型软件，以确保MCS-4架构能够满足Busicom的需求。 1970年2月，双方达成协议，Busicom根据Hoff和Mazor的进度表计划计算器的出产时间。 决定Shima将于1970年4月回到加利福尼亚检查进展情况。这些芯片将于1970年7月至10月以交错的时间表投入生产，从4001开始到最后4004结束。

然而，在Shima和Busicom不为所知的情况下，4004项目在1970年初英特尔内部停滞不前。问题在于Hoff和Mazor不是芯片设计师，无法根据规范说明来创建详细逻辑门图。而这些图进而会用于确定晶体管和其他元件在物理芯片上的布局。

事实上，英特尔没有人可以承担这项工作，因为该公司当时正专注于开发内存芯片。 最后，英特尔雇佣有了史以来最伟大的雇员之一，并介绍了这个故事中的第四个关键人物：Frederico Faggin，一位非常适合这项工作的年轻工程师。

在他的职业生涯开始时，Faggin为意大利的Olivetti设计并制造了一台计算机。 然后在20世纪60年代后期，他加入了硅谷的Fairchild半导体公司，在那里他为英特尔芯片所依赖的先进金属氧化物半导体（MOS）技术做出了重要贡献。 Faggin希望在比Fairchild更具创业精神的环境中工作，因此于1970年4月接受了英特尔的聘书。

在Faggin工作的第一天，Mazor向他介绍了Busicom项目。 正如Faggin在《IEEE固态电路》杂志2009年冬季期刊上发表的关于4004开发的个人报道中所写，当他看到时间表时说：“我惊呆了！我只有六个月不到的时间来设计四个芯片，其中一个CPU芯片能否实现还是个问题。”

回顾集成电子跨时代产品—英特尔4004微处理器Federico Faggin，Ted Hoff和Stanley Mazor手持英特尔4004处理器在国家发明家名人堂，1996年他们的原计划是基于存储器芯片制定的。存储芯片使用许多重复元件，而处理器芯片则使用复杂且多变的逻辑电路。 此外，Faggin没有支持人员，也没有其他公司拥有的协助创建和测试数字逻辑设计的工具和基础设施。

在Faggin开始工作几天后，Shima登陆美国进行进度检查。Mazor和Faggin从机场接他到英特尔。Shima原本期待看到芯片的逻辑图以便他根据商定的规格进行核对。“当他发现五个月内没有任何工作进展，Shima非常恼怒，并且对我非常生气...... 大概花了差不多一个星期才让Shima冷静下来，”Faggin写道。

Faggin制定了一个新的时间表，双方同意在英特尔开始招聘更多人参与该项目时，Shima将在英特尔六个月来帮助设计。Faggin自己则投入每周工作70到80小时的工作模式。

Faggin按照复杂度的顺序进行芯片设计：4001 ROM，接着是4003接口芯片，然后是4002 RAM，最后是4004 CPU。 Shima检查了芯片的逻辑，并就它们如何匹配Busico更大型的计算器设计提供反馈。 1970年底，芯片设计完成。 Faggin为CPU的布局加入了个人的印记：他将他名字的首字母刻在了每个4004CPU的边缘，显微镜可见的“F.F.”。1971年3月，Busicom终于拥有了一套完整的MCS-4芯片。

回顾集成电子跨时代产品—英特尔4004微处理器英特尔Free Press / FlickrFrederico Faggin和英特尔4004裸片的放大图片。 4004有2,300个晶体管。

由于Busicom委托制作该芯片组，它拥有独家版权，这使得英特尔无法向其他任何方出售4004。 但在Hoff和其他人提出有关处理器潜力后，英特尔愿意给予Busicom芯片成本的优惠，只要英特尔将4000系列芯片出售给非计算器的应用。Busicom同意了。