Il processore del tuo telefono oggi ha miliardi di transistor. Quanti ne aveva il primo passo di questo viaggio? La risposta: 2.300. E quel chip non era stato progettato per un computer, ma per una calcolatrice.
L'ordine per una calcolatrice
La storia comincia in Giappone. Un'azienda di calcolatrici chiamata Busicom chiese a Intel dei chip su misura per una nuova calcolatrice da tavolo con stampante. All'epoca era normale progettare molti chip speciali diversi per un apparecchio del genere.
Il team di Intel scelse un'altra strada: riunire il calcolo in un solo chip processore di uso generale. Il nome di questo chip fu 4004. Nel suo progetto emergono quattro nomi: Federico Faggin, Marcian "Ted" Hoff, Stanley Mazor e, da Busicom, Masatoshi Shima.
L'Intel 4004 fu annunciato il 15 novembre 1971 con un annuncio di Intel pubblicato sulla rivista Electronic News. Il primo prodotto commerciale a usare il chip fu la calcolatrice con stampante modello 141-PF di Busicom.
Il 4004 in numeri
Secondo i dati tecnici di Wikipedia, il 4004:
- conteneva 2.300 transistor,
- funzionava a una frequenza di clock massima di circa 740 kHz (l'obiettivo era in realtà 1 MHz),
- era prodotto con un processo pMOS a gate di silicio da 10 micrometri,
- lavorava con dati a 4 bit ed era in un package a 16 pin,
- al lancio costava 60 dollari.
Un singolo ciclo di istruzione durava 10,8 microsecondi. La velocità era tra circa 46.000 e 92.000 istruzioni al secondo, a seconda che le istruzioni richiedessero uno o due cicli macchina. Oggi suona poco, ma che un solo chip potesse contenere tutto il "cervello" di una calcolatrice fu per l'epoca un grande salto.
Che cosa significa "4 bit"? Il chip a ogni passaggio poteva operare solo con un numero a 4 bit, cioè tra 0 e 15. Bastava per una calcolatrice che lavora con le cifre decimali (da 0 a 9); i numeri più grandi venivano elaborati a pezzi in più passaggi.
Dal 1971 a oggi: quante volte?
Per un confronto, guardiamo un chip di telefono attuale. Il chip A17 Pro di Apple, annunciato il 12 settembre 2023 e usato in iPhone 15 Pro e iPhone 15 Pro Max, secondo Wikipedia contiene 19 miliardi di transistor ed è prodotto con un processo a 3 nanometri.
Facciamo una semplice divisione: 19.000.000.000 diviso 2.300 fa circa 8,26 milioni. Cioè in poco più di mezzo secolo il numero di transistor in un solo chip che portiamo in tasca è aumentato di circa 8 milioni di volte rispetto al primo microprocessore.
Anche la differenza nel processo di produzione è impressionante. Il processo da 10 micrometri del 4004 corrisponde a 10.000 nanometri. Rispetto al processo chiamato "3 nm" dell'A17 Pro, la differenza è di migliaia di volte. (Annotiamo anche che le denominazioni "nm" di oggi non corrispondono più a una singola misura fisica, ma sono piuttosto un'etichetta di generazione.)
| Intel 4004 (1971) | A17 Pro (2023) |
|---|---|
| 2.300 transistor | 19 miliardi di transistor |
| Al massimo ~740 kHz | Al massimo 3,78 GHz |
| Processo a 10 micrometri | Processo "3 nm" |
| 4 bit | 64 bit |
| Per una calcolatrice | Per uno smartphone |
Piccolo chip, grande idea
Questa crescita ha anche un nome: la "legge di Moore", basata sull'osservazione di Gordon Moore, uno dei fondatori di Intel. Non è una legge di natura; è un'osservazione, e un obiettivo del settore, secondo cui il numero di transistor nei chip raddoppia a intervalli regolari. La linea che va dal 4004 all'A17 Pro mostra quanto sia stata una bussola potente, per mezzo secolo, questa osservazione.
Ciò che rese importante il 4004 non fu la potenza pura. La vera rivoluzione fu mostrare che un processore poteva stare in un solo chip e poteva essere programmato per lavori diversi. Quest'idea aprì negli anni successivi la strada ai personal computer, alle console da gioco e infine agli smartphone.
Tutto ciò a cui pensiamo oggi quando diciamo "processore", cioè l'idea di un singolo chip che esegue un software e si comporta di conseguenza, si concretizzò in questo piccolo componente nero. La calcolatrice di Busicom oggi non la ricorda quasi nessuno, ma il chip al suo interno sì.
Un progetto cominciato come ordine per una calcolatrice sta oggi all'inizio dell'albero genealogico di quasi ogni dispositivo elettronico che usiamo.
Il numero di transistor è aumentato di milioni di volte in mezzo secolo; secondo te, possiamo già prevedere oggi che cosa cambierà nei chip nei prossimi 50 anni?