Een halve eeuw microprocessors - Intel 4004 viert vijftigste verjaardag

Het is vijftig jaar geleden dat de eerste commercieel verkrijgbare microprocessor op de markt verscheen. Dat ging om de Intel 4004, een 4bit-cpu met een kloksnelheid van 740kHz. De chip bestond uit 2300 transistors en werd op 10µm gemaakt.

In 1969 benaderde rekenmachinefabrikant Busicom Intel met de vraag om chips te ontwerpen voor zijn Busicom 141-PF-rekenmachine. Het Japanse bedrijf vroeg om twaalf verschillende chips, ieder ontwikkeld voor een specifiek doel. Intel-medeoprichter Gordon Moore schrok van dat aantal, zegt hij in een videogesprek met Intels huidige ceo Pat Gelsinger. Intel had volgens Moore destijds niet de capaciteit om zoveel verschillende chips te ontwerpen.

Intel-ingenieurs Marcian 'Ted' Hoff en Stan Mazor komen echter met het idee om een general purpose chip te ontwerpen, die voor verschillende taken ingezet kan worden. Zo ontstaat het idee voor de central processing unit, ofwel de cpu. Beiden zijn geen chipontwerpers en volgens IEEE Spectrum komt het project begin 1970 bijna tot stilstand. Pas als Intel in dat jaar chipontwerper Federico Faggin aanneemt, komt het project echt van de grond. Het team ontwikkelt vier chips, waaronder de Intel 4004, die op 15 november 1971 officieel werd aangekondigd.

De Intel 4004 is de boeken in gegaan als eerste halfgeleider waarbij alle onderdelen van een cpu in één chip zijn verpakt. De processor had een kloksnelheid van 740kHz en werd gemaakt op een 10-micrometerprocedé. Vandaag de dag worden procedés voor chipproductie in nanometers genoteerd, ofwel een factor duizend kleiner. Het 10µm-proces waarop de Intel 4004 werd gemaakt, staat gelijk aan 10.000 nanometer.

Het maken van de microprocessor was destijds voor Intel relatief eenvoudig. Het ging om een ontwerp met 2300 transistors en Intel maakte toen al geheugenchips met meer dan 6000 transistors, zegt Moore. De microprocessors waren in grote volumes te produceren en voor veel toepassingen in te zetten. Daarmee zag Moore kansen om Intel verder uit te bouwen. Hoewel de Intel 4004 in 1974 werd opgevolgd door de 4040, bleef het eerste model nog tot 1981 in het assortiment.

Micro-Computer Set 4

De Intel 4004 was onderdeel van Intels MCS-4, ofwel Micro-Computer Set-4. Dat was de 4bit-chipset die Intel maakte in opdracht van Busicom. Naast de 4004-microprocessor bestaat dat systeem uit de 4001 ROM, 4002 RAM en 4003 Shift Register. Deze componenten konden gebruikt worden voor het maken van compacte computers. De combinatie van de 4004-cpu en 4001 ROM is genoeg voor een werkend systeem. Er verschenen ook uitbreidingen als de 4008 address latch en 4009 I/O Interface, die zorgden voor compatibiliteit met de geheugenchips die Intel al produceerde.