يمكن إنجاز هذا العمل بسهولة إذا كنت تقوم به بشكل متكرر.
Federico Faggin عالم فيزياء ومهندس ومخترع ورجل أعمال إيطالي أمريكي. اشتهر بتصميمه أول معالج دقيق تجاري، وهو Intel 4004. قاد مشروع 4004 MCS-4 ومجموعة التصميم خلال السنوات الخمس الأولى لجهود Intel في مجال المعالجات الدقيقة. كما قام Faggin بإنشاء تكنولوجيا البوابة المعدنية ذاتية المحاذاة MOS SGT في Fairchild Semiconductor عام 1968، مما أتاح إمكانية تصنيع رقائق ذاكرة أشباه الموصلات MOS وأجهزة استشعار الصور CCD والمعالجات الدقيقة. بعد 4004، قاد تطوير Intel 8008 و8080، باستخدام منهجية SGT الخاصة به لتصميم الرقائق المنطقية العشوائية، وهو ما كان حاسماً لإنشاء المعالجات الدقيقة المبكرة من Intel. كان متعاوناً مع Ralph Ungermann ورئيس تنفيذي لشركة Zilog، أول شركة مكرسة بالكامل للمعالجات الدقيقة، وقاد تطوير معالجات Zilog Z80 و Z8. كان لاحقاً المؤسس المتعاون والرئيس التنفيذي لشركة Cygnet Technologies، وبعدها Synaptics.
في عام 2010، تلقى وسام التكنولوجيا والابتكار الوطني لعام 2009، وهو أعلى تكريم تمنحه الولايات المتحدة لإنجازات تتعلق بالتقدم التكنولوجي. في عام 2011، أسس Faggin مؤسسة Federico and Elvia Faggin لدعم الدراسة العلمية للوعي في الجامعات ومعاهد البحث الأمريكية. في عام 2015، ساعدت مؤسسة Faggin في إنشاء صندوق بقيمة مليون دولار لمنصب رئاسة عائلة Faggin في فيزياء المعلومات بجامعة UC Santa Cruz لتعزيز دراسة "الأسئلة الأساسية على تقاطع الفيزياء والمجالات ذات الصلة بما في ذلك الرياضيات والأنظمة المعقدة والفيزياء الحيوية وعلوم الإدراك، مع الموضوع الموحد للمعلومات في الفيزياء." كان Federico Faggin مقيماً في Silicon Valley منذ عام 1968 وهو مواطن أمريكي متجنس.
التعليم والمسيرة المبكرة
وُلد في Vicenza بإيطاليا، وترعرع Federico في بيئة فكرية. كان والده، Giuseppe Faggin، عالماً كتب العديد من الكتب الأكاديمية وترجم، مع التعليقات، Enneads لـ Plotinus من اللغة اليونانية الأصلية إلى الإيطالية الحديثة. كان لدى Federico اهتمام قوي بالتكنولوجيا منذ سن مبكرة. التحق بمدرسة ثانوية تقنية في Vicenza، وهي I.T.I.S. Alessandro Rossi، وحصل لاحقاً على درجة laurea في الفيزياء، summa cum laude، من جامعة Padua.
مختبرات Olivetti للبحث والتطوير
انضم Faggin إلى Olivetti في سن 19. هناك قام بتصميم مشترك وقيادة تنفيذ حاسوب رقمي صغير بترانزستور بذاكرة مغناطيسية 4 K × 12 بت عام 1960. طورت قسم البحث والتطوير في Olivetti لاحقاً إحدى أول الآلات الحاسبة الإلكترونية المكتبية القابلة للبرمجة في العالم، وهي Olivetti Programma 101 عام 1964. بعد تلك التجربة العملية الأولى، درس Faggin الفيزياء في جامعة Padua وقام بتدريس مختبر الإلكترونيات لطلاب الفيزياء من السنة الثالثة في السنة الأكاديمية 1965–1966.
SGS-Fairchild
في عام 1967 انضم إلى SGS Fairchild، التي تُعرف الآن باسم STMicroelectronics، في إيطاليا، حيث طور أول تكنولوجيا عملية MOS بوابة معدنية وصمم أول دارتيها الإلكترونيتين التجاريتين MOS. أرسلت SGS إلى كاليفورنيا عام 1968. عندما باعت Fairchild SGS-Fairchild، قبل Faggin عرضاً لإكمال تطوير تكنولوجيا البوابة السيليكونية مع Fairchild.
مسيرة Silicon Valley
Fairchild Semiconductor
تكنولوجيا البوابة السيليكونية SGT هي إحدى أكثر التكنولوجيات تأثيراً التي أغذت تقدم الإلكترونيات الدقيقة منذ MOSFET. بدون SGT، لم يكن بالإمكان صنع أول معالج دقيق خلال 1970–1971.
في فبراير 1968، انضم Federico Faggin إلى Fairchild Semiconductor في Palo Alto حيث كان قائد مشروع تكنولوجيا البوابة السيليكونية MOS، وهي MOSFET بوابة سيليكونية ذاتية المحاذاة، ومخترع معمارتها الفريدة. أصبحت SGT أساس جميع الدوائس المتكاملة NMOS و CMOS الحديثة. جعلت ممكناً إنشاء رقائق ذاكرة أشباه الموصلات MOS خلال 1969–1970، أول معالج دقيق خلال 1970–1971، وأول CCD و EPROM ذاكرة قراءة فقط قابلة للبرمجة كهربائياً مع بوابات سيليكونية عائمة 1970–1971. استبدلت SGT تكنولوجيا MOS بوابة الألومنيوم السائدة، واعتُمدت عالمياً خلال 10 سنوات، مما أجعل في النهاية الدوائس المتكاملة الأصلية المبنية بالترانزستورات ثنائية القطب عتيقة.
Fairchild 3708
في Fairchild، صمم Faggin أول دائرة متكاملة تجارية باستخدام تكنولوجيا البوابة السيليكونية مع ترانزستورات MOSFET ذاتية المحاذاة: وهي Fairchild 3708. كانت 3708 عبارة عن مُضاعِف تناظري 8-بت مع منطق فك التشفير، مما يحل محل Fairchild 3705 المكافئة التي استخدمت تكنولوجيا البوابة المعدنية. كانت 3708 أسرع 5 مرات، وكان لديها تسريب وصلة أقل بـ 100 مرة وكانت أكثر موثوقية بكثير من 3705، مما يدل على تفوق SGT على MOS بوابة معدنية. انظر أيضاً: Faggin, F., Klein T. 1969. "جيل أسرع من أجهزة MOS مع عتبة منخفضة يركب قمة الموجة الجديدة، دوائس البوابة السيليكونية IC." Electronics، 29 سبتمبر 1969.
Intel
معالج Intel 4004. انضم Federico Faggin إلى Intel من Fairchild عام 1970 كقائد مشروع وصمم عائلة MCS-4، التي تضمنت 4004، أول معالج دقيق أحادي الرقاقة في العالم. لم تكن Fairchild تستفيد من SGT وكان Faggin يحترق برغبته في استخدام تكنولوجيته الجديدة لتصميم رقائق متقدمة.
جعل معالج 4004 عام 1971 ممكناً بواسطة القدرات المتقدمة لتكنولوجيا البوابة السيليكونية SGT المحسّنة من خلال منهجية تصميم المنطق العشوائي الجديدة التي ابتكرها Faggin في Intel. كانت هذه المنهجية الجديدة، جنباً إلى جنب مع عدة ابتكارات تصميم له، هي التي سمحت له بدمج المعالج الدقيق في رقاقة صغيرة واحدة. أصبح معالج دقيق أحادي الرقاقة - فكرة كان يتوقع حدوثها بعد سنوات كثيرة في المستقبل - ممكناً في عام 1971 باستخدام SGT مع ابتكارين إضافيين: 1 "الاتصالات المدفونة" التي ضاعفت كثافة الدائرة، و 2 استخدام أحمال bootstrap مع ساعات ثنائية الطور—كان يُعتبر سابقاً مستحيلاً مع SGT— مما حسّن السرعة 5 مرات، مع تقليل مساحة الرقاقة بمقدار النصف مقارنة مع MOS بوابة معدنية.
استُخدمت منهجية التصميم التي ابتكرها Faggin لتنفيذ جميع المعالجات الدقيقة المبكرة من Intel وفيما بعد أيضاً Z80 من Zilog.
معالج Intel 4004 – وحدة معالجة مركزية CPU 4-بت على رقاقة واحدة – كانت عضواً في عائلة من 4 رقائق مخصصة تم تصميمها لـ Busicom، وهي شركة مصنعة آلات حاسبة يابانية. كانت الأعضاء الآخرون في العائلة التي تشكل عائلة MCS-4 هي: 4001، وهي ROM قابلة للبرمجة بقناع معدني 2 كيلو بت مع خطوط إدخال وإخراج قابلة للبرمجة؛ و 4002، وهي RAM ديناميكي 320-بت مع منفذ إخراج 4-بت؛ و 4003، وهي سجل إزاحة 10-بت بإدخال متسلسل وإخراج متسلسل/متوازي، لاستخدامه كموسّع I/O. روّج Faggin فكرة التسويق الواسع لـ MCS-4 للعملاء بخلاف Busicom من خلال إظهاره لإدارة Intel كيف يمكن للعملاء تصميم نظام تحكم باستخدام 4004. قام بتصميم وبناء مختبِر 4004 باستخدام 4004 كمتحكم للمختبِر، وبالتالي إقناع Bob Noyce بإعادة التفاوض على شرط الحصرية مع Busicom الذي لم يسمح لـ Intel ببيع خط MCS-4 لعملاء آخرين.
في عام 2009، تم إدراج المساهمين الأربعة في 4004 كزملاء في متحف تاريخ الحاسوب. صاغ Ted Hoff، رئيس قسم بحوث التطبيقات، الاقتراح المعماري ومجموعة التعليمات بمساعدة Stan Mazor والعمل بالتعاون مع Masatoshi Shima من Busicom. لكن لا أحد منهم كان مصمم رقاقات ولا أحد كان مألوفاً مع تكنولوجيا البوابة السيليكونية الجديدة SGT. كان تصميم السيليكون هو المكون المفقود الأساسي لصنع معالج دقيق حيث أن كل شيء آخر كان معروفاً بالفعل. قاد Federico Faggin المشروع في قسم مختلف بدون تورط Hoff و Mazor. اخترع Faggin SGT الأصلية في Fairchild Semiconductor عام 1968 وقدّم تحسينات وابتكارات إضافية لجعل تنفيذ 4004 في رقاقة واحدة ممكناً. مع مساعدة روتينية من Shima، أكمل Faggin تصميم الرقاقة في يناير 1971.
معالج Intel 2102A هو إعادة تصميم Intel 2102 RAM ثابت، حيث قدّم Federico Faggin إلى Intel، للمرة الأولى، حمل النضوب (Depletion Load)، مما يجمع بين تكنولوجيا البوابة السيليكونية والغرس الأيوني. تم إجراء التصميم في نهاية عام 1973 بواسطة Federico Faggin و Dick Pashley. كانت 2102A أسرع 5 مرات من 2102، مما فتح اتجاهاً جديداً لـ Intel.
المعالجات الدقيقة المبكرة من Intel
تم استخدام منهجية تصميم السيليكون الخاصة بـ Faggin لتنفيذ جميع المعالجات الدقيقة المبكرة من Intel.
معالج Intel 8008 كان أول CPU 8-بت أحادي الرقاقة في العالم وكان، مثل 4004، مبنياً بـ SGT بقناة p. بدأ تطوير 8008 في الأصل مع Hal Feeney في مارس 1970 لكن تم إيقافه إلى أن اكتمل 4004. تم استئناف التطوير في يناير 1971 تحت إشراف Faggin باستخدام الدوائس الأساسية والمنهجية التي طورها لـ 4004، مع قيام Hal Feeney بتصميم الرقاقة. كانت معمارية وحدة المعالجة المركزية CPU للـ 8008 في الأصل مُنشأة بواسطة CTC Inc. لـ Datapoint 2200، جهاز طرفي ذكي، وتم تنفيذها فيه باستخدام منطق IC منفصل.
معالج Intel 4040 الدقيق عام 1974 كان نسخة محسّنة بكثير وموافقة للكود الآلي من CPU 4004 مما سمح له بالاتصال مباشرة مع الذاكرات والأجهزة الطرفية القياسية. ابتكر Federico Faggin معمارية 4040 وأشرف على Tom Innes الذي قام بعمل التصميم.
معالج 8080 الدقيق عام 1974 كان أول معالج دقيق 8-بت عالي الأداء في السوق، باستخدام SGT سريع بقناة n. تم تصور وتصميم 8080 بواسطة Faggin، وتم تصميمه بواسطة Masatoshi Shima تحت إشراف Faggin. كان 8080 تحسناً كبيراً على معمارية 8008، لكنه احتفظ بالتوافقية البرمجية معها. كان أسرع بكثير وأسهل في الاتصال بالذاكرة الخارجية وأجهزة الإدخال والإخراج من 8008. سمحت الأداء العالية والتكلفة المنخفضة لـ 8080 للمطورين باستخدام المعالجات الدقيقة لعدد كبير من التطبيقات الجديدة، بما في ذلك أسلاف الحاسوب الشخصي.
عندما غادر Faggin Intel في نهاية عام 1974 لتأسيس Zilog مع Ralph Ungermann، كان مدير قسم البحث والتطوير المسؤول عن جميع منتجات MOS، باستثناء الذاكرات الديناميكية.
Zilog
كانت Zilog أول شركة مكرسة بالكامل للمعالجات الدقيقة أسسها Federico Faggin و Ralph Ungermann في نوفمبر 1974. كان Faggin رئيس وكبير تنفيذي لـ Zilog حتى نهاية عام 1980 وابتكر وصمم CPU Z80 وعائلته من مكونات طرفية قابلة للبرمجة. كما شارك في تصميم CPU الذي كان قائد مشروعه Masatoshi Shima. كان Z80-CPU تحسناً كبيراً على 8080، لكنه احتفظ بالتوافقية البرمجية معه. أسرع بكثير ومع أكثر من ضعف السجلات والتعليمات من 8080، كان جزءاً من عائلة مكونات تشمل عدة أجهزة طرفية ذكية Z80-PIO، وهي وحدة تحكم إدخال/إخراج متوازي قابلة للبرمجة؛ و Z80-CTC، وحدة عداد مؤقت قابلة للبرمجة؛ و Z80-SIO، وحدة تحكم واجهة اتصالات تسلسلية قابلة للبرمجة، و Z80-DMA، وحدة تحكم وصول الذاكرة المباشرة قابلة للبرمجة. سمحت عائلة الرقاقات هذه بتصميم حواسيب دقيقة قوية وقليلة التكلفة بأداء مماثلة لأجهزة الحاسوب الص
