Внутренняя история крупнейшей ошибки Texas Instruments, микропроцессора TMS9900

в 14:14, , рубрики: IBM, IBM PC, intel, microsoft, texas instruments, tms9900, старое железо

image

Если вы используете настольный компьютер или ноутбук, вероятно, в нём стоит микропроцессор линейки Intel 808x, неважно, работает ли машина под управлением Windows или Mac. Абсолютное доминирование этих микропроцессоров восходит к 1978 году, когда IBM выбрала 8088 для своего первого персонального компьютера. Но этот выбор был совсем не очевидным. Некоторые считают, что Intel 8088 был худшим выбором из имевшихся в то время 16-битных микропроцессоров.

Нет, это не был худший выбор. Ему была серьёзная, но худшая, альтернатива. Я знаю это потому, что я руководил организацией, работавшей в составе TI, разработавшей его: TMS9900. Хотя это барахло и использовали в первом в мире 16-битном домашнем компьютере, вы наверняка о нём не слышали. Как говорится, историю пишут победители.

Эта глава истории интересна не только чипом от TI, но и другим его конкурентом, Motorola 68000, с технологической точки зрения превосходившим как Intel 8088, так и TMS9900. И всё же 68000 не попал в IBM PC. И вот вам малоизвестная история от хорошо осведомлённых источников о том, как IBM выбрала недоразвитый чип, TI породил неудачника, а явный лидер от Motorola проиграл.

image
В 1978 году автор провёл презентацию чипа TMS9900, который рассматривали в качестве кандидата для персонального компьютера от IBM. TI контракт не получила.

Я устроился на работу в TI в 1972-м, сразу после аспирантуры, и через два года я уже делал презентацию для Джека Карстена, менеджера отдела MOS в Хьюстоне, где базировалась работа компании над металл-оксид-полупроводниковыми (MOS) чипами. Я, молодой инженер, несколько робел перед Джеком, всю презентацию просидевшим с ногами, закинутыми на стол в конференц-зале, курившим сигару и бормотавшим «херня» каждый раз, когда он не соглашался с чем-то, что я говорю.

В то время большая тройка полупроводниковых компаний — Fairchild, Motorola, and TI – пытались перейти от биполярных микросхем к MOS. Чипы MOS требовали совершенно другой схемы и процесса изготовления, и такие стартапы, как Intel, развивались гораздо быстрее уже существовавших компаний. Из всей большой тройки TI лучше всего удался переход, во многом благодаря таким людям, как Л. Дж. Севин, ушедший из TI в 1969 году, чтобы основать Mostek и впоследствии заниматься венчурными инвестициями. Карстен, до этого работавший в TI главным менеджером по прибыльной линейке продуктов транзисторно-транзисторной логики (TTL), также был ключевой личностью при переходе на MOS.

Отдел MOS в TI добился самого значительного успеха в разработке логических чипов для быстрорастущего рынка переносных калькуляторов. Хотя компания состязалась, и в итоге победила Intel, в разработке первого процессора общего назначения, инженеры TI не особенно интересовались микропроцессорами (МП) от Intel, 4-битным 4004 и 8-битным 8008. TI заметила 8-битные микропроцессоры 8080 и последовавший за ним 8080А, ведь они были более многообещающими, чем 4004. Отделу MOS поручили догнать Intel как по МП, так и по DRAM (динамическая память с произвольным доступом, способная впихнуть больше ячеек памяти на чип, чем RAM, но требующая постоянного обновления для предотвращения потери данных).

Так в TI и появилась стратегия создания МП общего назначения. Ключевыми предположениями стратегии были следующие: прикладное ПО будет главным стимулом для эволюции этих чипов, а как обладатель успешной линейки MOS IC, TI будет находиться в отличной позиции для разработки индустриального стандарта для микрокомпьютеров, систем безопасности и потребительских продуктов. Все перечисленные отрасли были быстро растущими источниками прибыли для компании. Но для этого TI необходимо было перепрыгнуть текущую передовую 8-битную разработку, примером которой был Intel 8080, и стать первой компанией, выведшей на рынок 16-битную архитектуру. Эта стратегия породила план создания TMS9900.

Внутренняя история крупнейшей ошибки Texas Instruments, микропроцессора TMS9900 - 3
Победитель: микропроцессоры Intel 8088 были далеки от идеала, но IBM выбрала их для своего персонального компьютера, запущенного в 1981 году.

TI уже продемонстрировала свои компьютерные умения в гонке суперкомпьютеров в конце 1960-х. Двигали эту гонку нефтяные компании, пытавшиеся достичь конкурентного преимущества в трёхмерном сейсмическом анализе при разведывании нефтяных месторождений. На этом бизнесе и была основана TI. IBM, Control Data Corporation и другие компании соревновались в этой гонке, но TI первой вывела на рынок свой Advanced Scientific Computer.

Так что для TI выбор архитектуры для 16-битного чипа был простым. У TI была стратегия «одна компания, одна компьютерная архитектура», направленная на использование синергетических эффектов, существующих между разными, несоизмеримыми отделами компании. Отделение по работе с информационными системами уже запустило семейство микрокомпьютеров на базе TTL для использования в гостиничной сети Ramada Inn по всей территории США. Так что TMS9900 должен был использовать архитектуру, очень похожую на архитектуру микрокомпьютера от TI.

Команда Карстена знала, что разработка TMS9900 – как и биполярной его версии для военных под названием SBP9900 – потребует времени, и чипы, скорее всего, не будут готовы раньше 1975-1976 годов. В это время отделению MOS необходимо было действовать. Они планировали начать с копирования Intel 8080A, чтобы вывести хоть что-то на рынок, затем разработать оригинальную 8-битный микропроцессорную архитектуру (которая будет называться TMS5500), и, наконец, перейти к 16-битным TMS9900. National Semiconductor к тому времени уже выпустила 16-битный набор логических чипов общего назначения под названием IMP-16, но из-за того, что это был именно набор из нескольких чипов, популярности он не снискал.

У TMS9900 был свой багаж трудностей в разработке и задержек, но в итоге он был готов к 1976 году. И всё равно он столкнулся с несколькими крупными проблемами. Во-первых, не было совместимых с ним 16-битных периферийных чипов. А без периферийных чипов, работающих над передачей и хранением данных, МП будет бесполезен для разработки систем. Второй проблемой было то, что у архитектуры 9900, схожей с тем, что TI использовала в микрокомпьютерах, было всего 16 битов логического адресного пространства – как и у 8-битных процессоров того времени. Эту проблему нельзя было решить, не разработав новую архитектуру с нуля. Последней проблемой было то, что хотя TI могла использовать технологию одного МП для своего миникомпьютера, оборонки и полупроводникового бизнеса, её конкуренты в этих отраслях окажутся в невыгодном положении, если станут брать для своих продуктов архитектуру от TI.

Внутренняя история крупнейшей ошибки Texas Instruments, микропроцессора TMS9900 - 4
Проигравший: среди крупных проблем, досаждавших TMS9900, было отсутствие 16-битных периферийных чипов, из-за чего МП был бесполезен в разработке систем

Чтобы бороться с отсутствием 16-битной периферии, инженеры TI придумали следующую инновацию. Почему бы не приспособить на TMS9900 8-битный порт, так, чтобы с ним могло работать большое количество уже существующих периферийных чипов, разработанных для 8-битных МП? Уверен, что в то время это казалось разумным. В результате в 1977 появился TMS9980. Присоединение 8-битной периферии к 16-битному МП устранило единственное реальное преимущество 16-битной архитектуры: быстродействие. 9980-му требовалось два командных цикла для выполнения команды от 8-битной периферии, в результате чего эффективное быстродействие падало в два раза, что было не лучше, чем у уже существующих 8-битных МП. До реализации великого плана TI Карстен ушёл из компании на должность вице-президента по продажам и маркетингу в Intel, чувствуя, вне всякого сомнения, что Intel станет очень серьёзным соперником, которого на рынке МП будет крайне сложно победить.

Intel, естественно, разрабатывал свой собственный 16-битный микропроцессор, 8086, увидевший свет в апреле 1978. Компания подошла к вопросу отсутствия совместимой 16-битной периферии точно тем же способом, добавив 8-битный порт к МП, что породило Intel 8088. Как и TI 9980, Intel 8088 был барахлом, и показывал уменьшенное быстродействие по сравнению с 8086 в любой реальной системе. Но у чипа от Intel было одно фундаментальное преимущество перед TI: 20 бит логического адресного пространства вместо 16. А в результате у него была возможность обращаться к мегабайту памяти, а не к 64К, как у TI 9900. Кроме того, внешние регистры TMS9900 и 9980 ещё больше ухудшали его быстродействие.

И пока Intel удачно разрабатывала альтернативные источники производства для 8086, TI с трудом пыталась заключать схожие сделки. В то время большинству клиентов необходимы были как минимум двое соревнующихся между собой поставщиков для каждого нового семейства полупроводниковых компонентов, чтобы обеспечить доступность продукта по приемлемой цене.

А в это время несколько конкурентов объявили о своих планах на создание 16-битных процессоров общего назначения. Самым амбициозным планом был Motorola 68000. Хотя у него было 16 внешних контактов, внутренняя его архитектура была 32-битной, и у него было 24 бита для логического адресного пространства. Следующий продукт, возможно, смог бы использовать 32 адресных бита. Zilog, создатель популярного 8-битного МП Z80, объявила о разработке 16-битного Z8000, с сегментированной памятью, выход которого планировался на 1978-1979 года. В отличие от 68000, у Z8000 была простая 16-битная архитектура.

Внутренняя история крупнейшей ошибки Texas Instruments, микропроцессора TMS9900 - 5
Ещё один конкурент: У 16-битного МП 68000 от Motorola была 32-битная внутренняя архитектура, но он не успел выйти вовремя, чтобы стать одним из возможных вариантов для IBM PC.

В октябре 1978 года, через шесть месяцев после анонса Intel 8086, я перешёл в отделение MOS в TI и стал менеджером по МП. К тому времени все в компании, и многие вне её, знали, что 16-битная стратегия TI для МП не работала. Неудачная попытка подразделения разработать совместимый 16-битный микроконтроллер TMS9940, который к моему появлению прошёл уже 5 или 6 итераций, только усиливала эту проблему. Я знал, что наследую тяжёлую ситуацию. Так зачем же я бросил хорошую работу в качестве менеджера департамента разработки потребительских продуктов? Местоположение, местоположение, местоположение. Микропроцессорное предприятие находилось в Хьюстоне, а потребительские продукты TI перенесла в Лаббок, Техас. Лаббок – это город, в котором правильным ответом на вопрос «Как вам здесь нравится?» будет «Люди тут замечательные». Кантри-певец Мэк Дэйвис, выросший здесь, однажды написал песню с припевом «Я думал, что счастье – это Лаббок, Техас в зеркале заднего вида».

Вскоре после того, как я прибыл в Хьюстон, мне сказали, что я должен буду провести презентацию по TMS9900 для группы из IBM, работавшей над очень секретным проектом, требовавшим 16-битного микропроцессора. Группа приехала из необычного для IBM места: Бока-Ратон, Флорида. Я очень долго готовился к этому, выдал, как я считал, хорошо подготовленную презентацию, и прилежно работал с последствиями. Но команда из IBM не выказала особенного энтузиазма. До 1981 года мы не знали, в чём проиграли.

Джон Опель, президент, а потом генеральный директор IBM, совершил революционный ход, основав отделение в Бока-Ратон, позже ставшее известным как Entry Systems Division. Он понял, что персональные компьютеры от Apple, Commodore, Radio Shack, TI и других могут стать угрозой доминированию IBM в компьютерном бизнеса. Так что он дал группе из Бока-Ратон, руководимой Филиппом Эстриджем, карт-бланш на разработку их продукта – персонального компьютера от IBM. Они могли использовать помощь третьих лиц для чего угодно, включая разработку ОС и прикладных программ. Такое отношение сделало систему довольно «открытой» по стандартам IBM, и ускорило выход продукта на рынок. Однако у Опеля было одно ограничение: продукт будет носить имя IBM, поэтому он не может подрывать репутацию компании по качеству и надёжности. Поэтому массивная организация по контролю качества внутри IBM должна была подписать выход этого продукта до начала его продаж.

Внутренняя история крупнейшей ошибки Texas Instruments, микропроцессора TMS9900 - 6
Мгновенный успех: IBM 5150 PC вышел в августе 1981. В США в стоимость $1565 не входили монитор, принтер и два дисковода.

О выборе командой IBM 16-битного МП спорить не приходилось. Motorola 68K, как его назвали позже, был, без сомнения, явным фаворитом. У него было самое большое логическое адресное пространство, что было ещё важнее, чем минимально 16-битная внутренняя архитектура. Его легко было расширить до полностью 32-битной архитектуры. И, что самое важное, 68К работал с порядком байтов «Big Endian», то есть от старшего к младшему. Речь идёт о порядке, в котором компьютеры хранят байты в памяти. 16-битная архитектура произошла от 8-битной, и инженерам пришлось решать, какой из 8-битных байт будет первым в 16-битном мире. Digital Equipment Corp. выбрала порядок от младшего к старшему («Little Endian») для своего Programmed Data Processor (PDP) и архитектур VAX. Intel сделал то же самое. Но компьютеры IBM использовали другой порядок, «Big Endian». Чтобы «Big Endian» общался с «Little Endian», порядок байт приходилось менять на обратный на лету. В то время такое конвертирование данных было нетривиальным. 68K от Motorola не требовал конвертации для использования с IBM PC. Так почему же мы сегодня не используем компьютеры на базе 68К?

Ответ связан с тем, кто первый вышел на рынок. 8088 был неидеальным, но, по крайней мере, он был готов, а 68К не был. Скрупулёзный процесс оценки качества IBM требовал, чтобы производитель предоставил тысячи примеров выпущенного продукта для каждой новой запчасти, чтобы IBM могла проводить на них живые тесты. В IBM контролем качества занимались сотни инженеров, но это отнимает время. В первой половине 1978 года у Intel уже были изготовлены примеры 8088. К концу 1978 68К ещё не был полностью готов к выходу.

К несчастью для Motorola, группа из Бока-Ратон хотела выводить на рынок новый IBM PC как можно скорее. Так что у них было только два полностью готовых 16-битных МП на выбор. В соревновании двух неидеальных чипов чип от Intel оказался менее неидеальным, чем чип от TI.

TMS9900 не остался тихо умирать, не получив признания от IBM PC. Управляющие всё ещё надеялись продавить корпоративную стратегию. Конечно же домашний компьютер от TI, анонс которого ещё только ожидается, должен будет использовать TMS9900?

Команда разработки компьютера нехотя согласилась дать ему шанс. Эта группа явилась результатом несчастливого слияния двух департаментов, один из которых разрабатывал игровую консоль, а другой – персональный компьютер. Получившийся у них гибрид не был приспособлен ни для того, ни для другого. Но TI упрямо гнули свою линию. TI-99/4 вышел на рынок в 1979-м, за ним последовал TI-99/4A в 1981. Компания в итоге продала 2,8 млн штук, большую часть из них – в убыток, пока не ушла с рынка персоналок в 1984.

Тем временем архитектура Intel 8086 эволюционировала и преодолела недостатки. Она всё ещё использует порядок байтов Little Endian, но сегодня это не имеет никакого значения. А Motorola со своей превосходящей технологией проиграла единственное важнейшее соревнование по разработке за последние 50 лет.

Раз уж мы говорим об остальных конкурентах, скажу пару слов об ОС для IBM PC. Логичным выбором для 16-битной ОС было расширение популярной ОС CP/M, разработанной Гэри Килдаллом в Digital Research на основе Zilog Z80. Группа из Бока-Ратон понимала, что за CP/M стоит открытый стандарт, поэтому они заказали Digital Research разработку версии под названием CP/M-86. В процессе Microsoft возникла с предложением MS-DOS, о которой уже много всего написано. Поэтому мир ПК развивался не в том направлении, о каком можно было сначала предположить, как в плане ОС, так и в плане микропроцессора.

Какие же уроки мы можем извлечь из истории? Один – если вы разрабатываете продукт на основе быстро меняющейся новой технологии, то главное — выйти первым на рынок, и неважно, какие ограничения будут у вашего начального продукта. Сегодня в Кремниевой долине такой подход называется созданием «минимально жизнеспособного продукта». Если у вашего продукта есть новые возможности, отличающие его от других, ваши клиенты придумают инновационные способы его использования.

Второй урок – если вы управляете крупной корпорацией, желающей создать проект в небольшом, изолированном от других отделе, не отягощённый багажом или традициями, думайте о накладываемых на него ограничениях. Вероятно, что ограничение ОС для IBM PC принесло бы компании больше пользы в долгосрочном периоде, чем обременение продукта сложными процедурами контроля качества. Никто не мог предсказать, как сильно персоналки повлияют на нашу жизнь, но реальная ценность содержится не в оборудовании, а в совместимости ОС. Если бы IBM, а не Microsoft, контролировала бы MS-DOS, Windows и прочих, мир компьютеров был бы совершенно другим.

Наконец, для людей, стоящих на обочине и просто наблюдающих за парадом высоких технологий, скажу: не упускайте ваши возможности. В случае с TI мы в 1979 году решили, что TMS9900 проиграл гонку МП общего назначения, и начали заглядывать вперёд, в будущее, которое наступит после МП общего назначения. Наша стратегия фокусировалась на МП узкой специализации и привела к разработке TMS320, цифрового процессора сигналов. Его анонс прозвучал на международной конференции по твердотельным схемам в феврале 1982 года, а вышел он в следующем году. Семейство 320 DSP и его производные начали приносить почти половину всей прибыли TI, подготовили новое поколение управленцев компании, и позволили TI участвовать в гонке встроенных процессорных систем на чипе. В 1990-х эта стратегия обратила вспять тенденцию к упадку среди лучших полупроводниковых компаний и принесла миллиарды долларов с продаж чипов для модемов, контроллеров дисководов и множества других продуктов.

Автор: Вячеслав Голованов

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля