Geschiedenis van IBMs chipproductieavonturen beschreven

Nora Mikes, een freelance schrijver, heeft de geschiedenis van het produceren van chips bij IBM in een artikel samengevat. Het artikel gaat niet alleen op deze chipproductieavonturen, maar gaat ook verder in op de cpu's die door IBM zijn ontworpen. De eerste computers in de jaren veertig en vijftig werden allemaal voor een specifiek doel ontworpen. Dit had als gevolg dat een programma dat op computer A draaide, niet op computer B kon draaien. Dit veranderde in 1962 toen IBM een soort van universele instructieset ontwierp. De eerste processor die gebruik maakte van deze instructieset werd gebruikt in de S/360 mainframe. Bijna alle processors die IBM tegenwoordig in hun programma heeft zitten verstaan deze instructieset trouwens nog steeds, of het nu een POWER5 of een PowerPC is.

Veel van de eerste computers werden gebruikt om het telefoonverkeer af te handelen. De cpu's die je in deze computers tegenkwam waren meestal gebaseerd op een CISC-architectuur. Hier kwam echter verandering in met de IBM 801, die een RISC-architectuur heeft. In die tijd had een RISC-processor minder instructies dan een CISC-processor en hierdoor was deze cpu kleiner en dit maakte het mogelijk om hem goedkoper te produceren en op een hogere snelheid te laten lopen. John Cocke, de ontwerper, nam later het ontwerp van de 801 nog eens onder handen en dat resulteerde in 1990 in de geboorte van de POWER1-cpu. Deze processor diende op zijn beurt weer als basis voor de PowerPC die door Apple, Motorola en IBM is ontworpen.

In 1998 introduceerde IBM de RS64-familie van processors. Deze cpu's waren 64-bits en geoptimaliseerd voor het gebruik in servers. De basis van deze processors was de PowerPC, hoewel er ook een hoop eigenschappen uit de POWER-architectuur werden meegenomen. De RS64 IV was de laatste processor die gebruik maakte van deze architectuur daar IBM in 2001 alle eigenschappen van de RS64 en de POWER3 architectuur liet samensmelten in de POWER4-architectuur. De opvolger van de POWER4 zal nog dit jaar uitkomen en is gebaseerd op de POWER5-architectuur. Net als de POWER4 zal deze ook een samensmelting zijn van twee verschillende architecturen: de POWER4 en de PowerPC. Iets dat niet heel erg moeilijk is, want de PowerPC 970 is niks anders dan een single-core-versie van de POWER4.

Uiteraard was al dit niet mogelijk geweest zonder de nodige kennis om chips te fabriceren. Het is dan ook niet verwonderlijk dat IBM een van de eersten was om over te stappen van BJT (bi-junction transistor) naar CMOS (complementary metal-oxide semiconductor). IBM is ook de uitvinder van koper verbindingen tussen de transistors op een chip, silicon-on-isolator, het gebruik van een SiGe-legering om hele snelle bipolaire transistors te maken, strained silicium en het gebruik van low-k diëlectrics. Ondertussen maakt IBM niet alleen chips voor hun eigen producten, maar ook voor bijvoorbeeld nVidia, Cray, Nintendo en binnenkort zelfs Microsoft's X-box 2.

Reacties (23)

[Liam]

IBM geloofde niet in x86, het had een heleboel aandelen in intel, maar die heeft men verkocht...
Dat is een van de redenen geweest.

[RetepV]

Volgens mij is IBM met de PowerPC begonnen omdat ze inderdaad van Intel af wilden en inderdaad vanwege de x86 instructieset. De PowerPC is niet alleen op de POWER1 cpu (opvolger van de IBM 801) gebaseerd, maar ook op de 680x0 reeks van Motorola. En dat was eigenlijk een veel betere processor dan die van Intel, al was het alleen maar om de orthogonale instructieset (alle instructies werken met alle registers).

Intel heeft het uiteindelijk toch gewonnen omdat het IBM niet opnieuw lukte een nieuwe standaard voor PC's uit te brengen. Er werden simpelweg te veel PC klonen gemaakt en iedereen bleef die kopen omdat ze backwards compatible waren.

En Intel heeft ook niet stil gezeten, want hoe je het ook wendt of keert, ze hebben zo'n beetje alle problemen die de x86 instructieset had overwonnen. De instructieset is nog steeds inefficient, maar doordat ze alle instructies in hardware konden uitvoeren hebben ze de snelheid van de processor zo hoog kunnen opschroeven dat de inefficientie van de instructieset amper nog van invloed is op de snelheid van de code.

Maar eigenlijk is de P4 een belachelijke CPU. Kijk naar hoe groot de core is. Andere CPU's hebben een veel kleinere core en halen toch dezelfde snelheid. Dat komt vrijwel alleen door de betere instructieset van die CPU's. Het voordeel dat Intel echter heeft is dat ze hun processor in ongeloofelijk grote massa's kunnen produceren, waardoor de prijs toch (relatief) laag kan zijn.

En warmteproblemen hebben bijna al die snelle processoren wel, want die komt voornamelijk uit het on-board cache geheugen. Bij alle moderne processoren is dat cache-geheugen groot (en dat is ook nodig omdat het dynamisch geheugen nog steeds niet snel genoeg is).

Pas als het externe geheugen zo snel is geworden dat er geen on-board caching van data meer plaats hoeft te nemen zullen andere processor architecturen weer voordeel krijgen. Als je bij alle moderne processoren het cache geheugen van de chip af haalt, dan is de core van de P4 waarschijnlijk nog steeds de grootste. En dat betekent dat die andere processoren op een hogere frequentie kunnen gaan lopen omdat ze minder transistoren hebben en minder heet worden.

Maar of dat moment ooit zal komen, durf ik niet te voorspellen . Vast wel, want er komt ook een moment dat de huidige computerarchitectuur obsolete wordt, en voor die tijd krijgen we het geheugen wel snel genoeg dat er geen cache meer nodig is.

Dit is alles imho, natuurlijk. Ik was er wel bij toen IBM z'n staatsgreep probeerde uit te voeren, maar de media was toen ook wat onduidelijker en langzamer dan tegenwoordig .

[hschaap]

Ik kan daar allemaal wel inkomen, alleen zijn de P4 processoren helemaal niet zo veel groter als die van andere fabrikanten, want er zit een heatspreader over de processor heen, waardoor lijkt alsof ie 4 cm ofzo is.
Ik denk dat Intel zijn prijzen laag kan houden omdat ze veel produceren EN omdat de processoren zo klein zijn. Ze zijn er al vroeg bij om 65 nm techniek toe te gaan passen overigens. Welke fabrikant heeft daar nu al een succesvole processor mee?

[MBV]

IBM heeft gezorgd dat x86 een hit is geworden. IBM wilde een Personal Computer maken, en heeft toen de chips bij intel gekocht. Dus hoe bedoel je die zin?

[Verwijderd]

Heeft IBM niet een tijdje Cyrix cpu's gefabriceerd?

Wel vreemd waarom ze nooit eigen X86 desktopcpu's geproduceerd hebben. Met hun technologie, ontwikkelingen, research zouden ze toch allang marktleider zijn?

Apple gaven ze de PowerPC cpu, voor hun een boost na de Motorola kater.
AMD schaalt hoger/ mindere temperatuur dankzij SOI
Intel kan de frequentie nog hoger zetten dankzij Strained Silicon ...

Waarom dan geen eigen IBM cpu?

[ANdrode]

De Powerpc 970 is een eigen IBM cpu..
En ze hadden een eigen 486 compatible CPU, maar dit werd geen succes. Hij was wel sneller, maar wegens een regeling met intel mochten ze hem alleen in hun eigen pc's gebruiken.

[Verwijderd]

De cyrix cpu's presteren slechter dan intel en amd wat betreft desktop gebruik (waar de cyrix cpu voor bedoeld is), als (home) 'server' cpu doet deze het redelijk goed. Zo blijkt maar weer dat een server cpu ontwikkellen iets anders is dan desktop processors.

[RetepV]

De vroegere Cyrix CPU's presteerden juist BETER dan de Intel en AMD processoren van die tijd. Cyrix was bijvoorbeeld de eerste die de FSB omhoog schroefde naar 75MHz.

Alleen had Cyrix een heel beperkte floating point unit, waardoor ze het uiteindelijk aflegden toen de 3D games opkwamen. Sinds Quake leunden die namelijk *zwaar* op de floating point processor en die van Cyrix was zo effe 4 keer langzamer dan die van Intel en AMD.

Voor desktop dingen echter, was de Cyrix altijd prima en vaak beter.

[w0ndersp00n]

Ze produceren op heel veel gebieden chips. Als ze alleen desktopCPU's zouden maken, zouden ze de kennis die ze nu hebben nooit gehad hebben.

[Anton]

Een RISC-processor heeft minder instructies dan een CISC-processor.

Nee! dat is een van de meest gemaakte fouten over de verschillen tussen CISC en RISC. Een risc processor KAN minder instrucities hebben maar het hoeft niet! Zeker moderne risc processoren hebben evenveel, zo niet meer instructies dan cisc processoren.

Waar het verschil in zit, is de manier van geheugen aansturing. Cisc processoren hebben daar talloze manieren voor (direct register, indirect mapped en weet ik wat niet meer, en hoe ze precies heten), terwijl Risc processoren een dedicated LOAD/STORE unit hebben die alle adressering afhandeld. Eén manier dus. Dat is het belangrijkste verschil!

[PokkeNoise]

Waarom noemt men het dan Reduced Instruction Set.

Met de eerst verschenen RISC processors was er duidelijk sprake van een kleinere instructieset.

[Munters]

Het is niet "Reduced (Intruction Set)", maar
"(Reduced Instruction) Set".

Dus in goed Nederlands: niet een "kleine verzameling instructies", maar een "verzameling eenvoudige instructies".

[Olaf van der Spek]

Er staat toch niet wat er precies gereduceerd is?
Misschien gaat het wel over instruction grootte of complexiteit.
En die is in RSIC vaak lager dan bij CISC.

[Ralph Smeets]

Hmm... stom stom stom stom.... Daar sta je dan als ingenieur die mee heeft geholpen aan de verificatie van een flink aantal processors met CISC, RISC, DSP-achtige en VLIW architecturen en dan schrijf je het nog fout.... Heb de zin iets veranderd om de de oorsprong van de term RISC wat beter uit te leggen.

[Verwijderd]

Nu haal je twee dingen door elkaar nl. de geheugenarchitectuur en het soort processor.
RISC processoren maken vaak gebruik van de "harvard" architectuur w.w.z. dat voor het programma geheugen en het data geheugen twee aparte data/adresbussen worden gebruikt.
Dit resulteerd in een grotere bandbreedte t.o.v. de "von neumann" architectuur welke in de meeste CISC processoren wordt gebruikt en waarbij data en adresgeheugen in hetzelfde adresbereik zijn geplaatst.

[Boushh]

Ik heb ook altijd begrepen dat het iets te maken heeft met de lengte van de instructies.

Op de PPC zijn bijvoorbeeld alle instructies 32 bits lang. Dus kan de CPU altijd een veelfout van 32 bits ophalen.

Een 68k heeft instructies van allerlei lengtes (wat voornamelijk veroorzaakt wordt door de addressing modi).

Op de 68k is een prefetch dus zelden direct raak, het kan best zijn dat slechts een gedeelte van een nieuwe instructie opgehaald wordt. Bij de PowerPC is dat niet het geval.

Op die manier werkt de PowerPC aanzienlijk efficienter dan de 68k. Maar programmeer technisch geef ik toch de voorkeur een de 68k

[zwippie]

Cheap processors with a billion transistors per chip are just around the corner, and industry watchers suggest we will reach speeds of 100 GHz by 2010

Kijk, als iemand dat zomaar ergens rondblaat dan zou ik hem niet geloven, maar als IBM het zegt..

Nu nog mijn mond houden voordat iemand weer denkt dat ik loop te blaten!

[gp500]

plaatje: ibm manntje met wafer

Is dat geen vrouwtje

[Molybdenum]

geen mannetje en geen wafer. wafers hebben altijd een platte zijde. ik vond het al best een gesoept plaatje op de een of andere manier.

[windancer]

Dat wafers altijd een platte zijde hebben is onzin. Sterker nog, voor 12 inch wafers (die je in het plaatje ziet) is de standaard dat ze geen platte zijde hebben. Ze hebben een zogenaamde "notch", een kleine inkeping die de orientatie bepaald.