Processorn i din telefon har i dag miljarder transistorer. Men hur många fanns det vid resans första steg? Svaret: 2 300. Dessutom var det här chippet inte konstruerat för en dator utan för en miniräknare.
En beställning av en miniräknare
Historien börjar i Japan. Ett miniräknarföretag som hette Busicom bad Intel om specialchip till en ny skrivbordsräknare med skrivare. På den tiden var det vanligt att konstruera många olika specialchip för en sådan apparat.
Teamet på Intel valde en annan väg: att samla beräkningen i ett enda processorchip för allmänna ändamål. Det chippet fick namnet 4004. Fyra namn framträder i konstruktionen: Federico Faggin, Marcian "Ted" Hoff, Stanley Mazor och Masatoshi Shima från Busicom.
Intel 4004 tillkännagavs den 15 november 1971 med en Intel-annons i tidskriften Electronic News. Den första kommersiella produkten som använde chippet var Busicoms miniräknare med skrivare av modell 141-PF.
4004 i siffror
Enligt de tekniska uppgifterna på Wikipedia hade 4004:
- 2 300 transistorer,
- en klockfrekvens på högst ungefär 740 kHz (målet var egentligen 1 MHz),
- tillverkning i en pMOS-process med kisel-gate på 10 mikrometer,
- arbete med 4-bitars data och ett 16-bens kapslingsformat,
- ett introduktionspris på 60 dollar.
En enda instruktionscykel tog 10,8 mikrosekunder. Farten var mellan ungefär 46 000 och 92 000 instruktioner per sekund, beroende på om instruktionerna tog en eller två maskincykler. I dag låter det väldigt lite, men att ett enda chip kunde bära hela "hjärnan" i en miniräknare var ett stort språng för tiden.
Vad betyder "4 bitar"? Chippet kunde i varje steg räkna bara med ett 4-bitars tal, alltså mellan 0 och 15. Det räckte för en miniräknare som arbetar med decimala siffror (0 till 9); större tal hanterades bit för bit i flera steg.
Från 1971 till i dag: hur många gånger mer?
Som jämförelse kan vi titta på ett aktuellt telefonchip. A17 Pro, som Apple tillkännagav den 12 september 2023 och som används i iPhone 15 Pro och iPhone 15 Pro Max, har enligt Wikipedia 19 miljarder transistorer och tillverkas i en 3-nanometersprocess.
Vi gör en enkel division: 19 000 000 000 delat med 2 300 blir ungefär 8,26 miljoner. På drygt ett halvsekel har antalet transistorer i ett enda chip i vår ficka alltså ökat ungefär 8 miljoner gånger jämfört med den första mikroprocessorn.
Skillnaden i tillverkningsprocess är också slående. 4004:s process på 10 mikrometer motsvarar 10 000 nanometer. Jämfört med A17 Pros process som kallas "3 nm" är skillnaden tusentals gånger. (Låt oss också notera att dagens "nm"-beteckningar inte längre motsvarar ett enda fysiskt mått, utan snarare är en generationsetikett.)
| Intel 4004 (1971) | A17 Pro (2023) |
|---|---|
| 2 300 transistorer | 19 miljarder transistorer |
| Högst ~740 kHz | Högst 3,78 GHz |
| Process på 10 mikrometer | Process på "3 nm" |
| 4 bitar | 64 bitar |
| För en miniräknare | För en smartphone |
Litet chip, stor idé
Ökningen har också ett namn: "Moores lag", som bygger på en iakttagelse av Gordon Moore, en av Intels grundare. Det är ingen naturlag utan en iakttagelse och ett branschmål om att antalet transistorer i chip fördubblas med jämna mellanrum. Linjen från 4004 till A17 Pro visar hur stark kompass den iakttagelsen varit i ett halvt sekel.
Det som gjorde 4004 viktig var inte den råa kraften. Den verkliga revolutionen var att den visade att en processor kunde rymmas i ett enda chip och programmeras för olika uppgifter. Idén öppnade under de följande åren vägen för persondatorer, spelkonsoler och till slut smartphones.
Allt vi i dag tänker på när vi säger "processor", alltså idén om ett enda chip som kör programvara och beter sig därefter, tog konkret form i den här lilla svarta komponenten. Busicoms miniräknare minns man knappt i dag, men chippet inuti minns man.
Ett projekt som började som en beställning av en miniräknare står i dag i början av släktträdet för nästan varje elektronisk enhet vi använder.
Antalet transistorer har ökat miljontals gånger på ett halvsekel; tror du att vi redan nu kan gissa vad som kommer att förändras i chip under de kommande 50 åren?