Interne Geschichte des größten Fehlers von Texas Instruments, TMS9900 Mikroprozessor

Wenn Sie einen Desktop-Computer oder Laptop verwenden, verfügt dieser wahrscheinlich über einen Intel 808x-Mikroprozessor. Es spielt keine Rolle, ob auf dem Computer Windows oder Mac ausgeführt wird. Die absolute Dominanz dieser Mikroprozessoren geht auf das Jahr 1978 zurück, als IBM den 8088 als ersten Personal Computer auswählte . Aber diese Wahl war überhaupt nicht offensichtlich. Einige sagen, dass der Intel 8088 die schlechteste Wahl der damals verfügbaren 16-Bit-Mikroprozessoren war.

Nein, das war nicht die schlechteste Wahl. Er hatte eine ernsthafte, aber schlimmere Alternative. Ich weiß das, weil ich die Organisation geleitet habe, die als Teil von TI gearbeitet hat und die es entwickelt hat: TMS9900. Obwohl es im ersten 16-Bit-Heimcomputer der Welt verwendet wurde , haben Sie wahrscheinlich noch nichts davon gehört. Wie sie sagen, schreiben die Gewinner die Geschichte.

Dieses Kapitel der Geschichte ist nicht nur für den TI-Chip interessant, sondern auch für seinen anderen Konkurrenten, Motorola 68000, der sowohl den Intel 8088 als auch den TMS9900 technologisch übertraf. Dennoch haben 68.000 den IBM-PC nicht getroffen. Und hier ist eine wenig bekannte Geschichte aus gut informierten Quellen darüber, wie IBM den unterentwickelten Chip ausgewählt, TI einen Verlierer geschaffen und Motorolas klarer Anführer verloren hat.


1978 präsentierte der Autor den TMS9900-Chip, der als Kandidat für einen Personal Computer von IBM angesehen wurde. TI Vertrag nicht erhalten.

Ich bekam 1972 einen Job bei TI, gleich nach dem Abitur, und zwei Jahre später hielt ich eine Präsentation für Jack Carsten , Manager der MOS-Abteilung in Houston, wo das Unternehmen seine Arbeit auf Metalloxid-Halbleiter- Chips (MOS) basierte. Ich, ein junger Ingenieur, war etwas schüchtern vor Jack, der während der gesamten Präsentation mit hochgeworfenen Beinen auf einem Tisch im Konferenzraum saß, eine Zigarre rauchte und jedes Mal „Müll“ murmelte, wenn er mit etwas, das ich sagte, nicht einverstanden war.

Zu dieser Zeit versuchten die drei großen Halbleiterunternehmen - Fairchild, Motorola und TI - von bipolaren Chips auf MOS umzusteigen. MOS-Chips erforderten einen völlig anderen Schaltkreis- und Herstellungsprozess, und Startups wie Intel entwickelten sich viel schneller als bestehende Unternehmen. Von den drei großen TIs war der Übergang der beste Erfolg, was zum großen Teil Menschen wie L. J. Sevin zu verdanken war, der TI 1969 verließ, um Mostek zu gründen und anschließend Risikokapitalinvestitionen zu tätigen. Karsten, der zuvor bei TI als Senior Manager für die Produktlinie Transistor Transistor Logic (TTL) tätig war, war auch eine Schlüsselperson bei der Umstellung auf MOS.

Die MOS-Abteilung von TI hat den größten Erfolg bei der Entwicklung von Logikchips für den schnell wachsenden Markt für tragbare Taschenrechner erzielt. Obwohl das Unternehmen bei der Entwicklung des ersten Allzweckprozessors mit Intel konkurrierte und diese schließlich besiegte, waren die TI-Ingenieure nicht besonders an Intel-Mikroprozessoren (MPs), 4-Bit 4004 und 8-Bit 8008 interessiert. TI bemerkte die 8080 8-Bit-Mikroprozessoren und den folgenden 8080A, weil sie vielversprechender als 4004 waren. Die MOS-Abteilung wurde angewiesen, Intel sowohl in MP als auch in DRAM (dynamischer Direktzugriffsspeicher, der mehr Speicherzellen auf einen Chip als RAM schieben kann, abzufangen, erfordert jedoch eine ständige Aktualisierung, um Datenverlust zu verhindern )

In TI erschien also eine universelle MP-Strategie. Die wichtigsten Annahmen der Strategie waren folgende: Anwendungssoftware wird der Hauptimpuls für die Entwicklung dieser Chips sein, und als Eigentümer der erfolgreichen MOS-IC-Linie wird TI in einer hervorragenden Position sein, um einen Industriestandard für Mikrocomputer, Sicherheitssysteme und Verbraucherprodukte zu entwickeln. Alle diese Branchen waren schnell wachsende Gewinnquellen für das Unternehmen. Dafür musste TI jedoch über die aktuelle, fortschrittliche 8-Bit-Entwicklung hinwegspringen, ein Beispiel dafür war der Intel 8080, und als erstes Unternehmen die 16-Bit-Architektur auf den Markt bringen. Diese Strategie brachte einen Plan zur Erstellung des TMS9900 hervor.


Gewinner: Intel 8088-Mikroprozessoren waren alles andere als ideal, aber IBM wählte sie für ihren 1981 eingeführten Personal Computer.

TI hat seine Computerkenntnisse bereits Ende der 1960er Jahre in einem Supercomputer-Rennen unter Beweis gestellt. Ölfirmen haben dieses Rennen vorangetrieben und versucht, einen Wettbewerbsvorteil bei der seismischen 3D-Analyse bei der Ölexploration zu erzielen. TI wurde auf diesem Geschäft gegründet. IBM, Control Data Corporation und andere Unternehmen nahmen an diesem Rennen teil, aber TI war das erste Unternehmen, das seinen Advanced Scientific Computer auf den Markt brachte.

Für TI war die Auswahl einer Architektur für einen 16-Bit-Chip einfach. TI verfolgte eine Strategie von „einem Unternehmen, einer Computerarchitektur“, die darauf abzielte, die Synergieeffekte zu nutzen, die zwischen verschiedenen, unterschiedlichen Abteilungen des Unternehmens bestehen. Die Division Information Systems hat bereits eine Familie von TTL-basierten Mikrocomputern für den Einsatz in der Hotelkette Ramada Inn in den USA auf den Markt gebracht. Daher musste der TMS9900 eine Architektur verwenden, die der TI-Mikrocomputerarchitektur sehr ähnlich war.

Karstens Team wusste, dass die Entwicklung des TMS9900 - sowie seiner bipolaren Version für das Militär namens SBP9900 - einige Zeit dauern würde und die Chips höchstwahrscheinlich nicht vor 1975-1976 fertig sein würden. Zu diesem Zeitpunkt musste der MOS-Zweig betrieben werden. Sie planten, zunächst den Intel 8080A zu kopieren, um zumindest etwas auf den Markt zu bringen, dann die ursprüngliche 8-Bit-Mikroprozessorarchitektur (die als TMS5500 bezeichnet wird) zu entwickeln und schließlich zum 16-Bit-TMS9900 überzugehen. National Semiconductor hatte bereits einen 16-Bit-Satz von Allzweck-Logikchips namens IMP-16 herausgebracht , der jedoch aufgrund der Tatsache, dass es sich nur um einen Satz von mehreren Chips handelte, nicht an Popularität gewann.

Das TMS9900 hatte sein eigenes Gepäck mit Entwicklungsschwierigkeiten und Verzögerungen, aber am Ende war es 1976 fertig. Trotzdem hatte er einige große Probleme. Erstens gab es keine kompatiblen 16-Bit-Peripheriechips. Und ohne Peripherie-Chips, die an der Übertragung und Speicherung von Daten arbeiten, ist MP für das Systemdesign unbrauchbar. Das zweite Problem war, dass die 9900-Architektur, ähnlich wie die von TI in Mikrocomputern verwendete, nur 16 Bit logischen Adressraum hatte - wie die damaligen 8-Bit-Prozessoren. Dieses Problem konnte nicht gelöst werden, ohne eine neue Architektur von Grund auf neu zu entwickeln. Das letzte Problem war, dass TI zwar die Technologie eines MP für sein Minicomputer-, Verteidigungs- und Halbleitergeschäft nutzen könnte, seine Konkurrenten in diesen Branchen jedoch im Nachteil wären, wenn sie anfangen würden, Architektur von TI für ihre Produkte zu übernehmen.


Verlierer: Zu den Hauptproblemen des TMS9900 gehörte das Fehlen von 16-Bit-Peripherie-Chips, weshalb der MP im Systemdesign unbrauchbar war

Um dem Mangel an 16-Bit-Peripheriegeräten entgegenzuwirken, haben die TI-Ingenieure die folgende Innovation entwickelt. Warum nicht einen 8-Bit-Port an das TMS9900 anpassen, damit eine große Anzahl vorhandener Peripherie-Chips für 8-Bit-MPs damit arbeiten kann? Ich bin mir sicher, dass es damals vernünftig schien. Infolgedessen erschien der TMS9980 im Jahr 1977. Das Anschließen eines 8-Bit-Peripheriegeräts an einen 16-Bit-MP beseitigte den einzigen wirklichen Vorteil der 16-Bit-Architektur: die Geschwindigkeit. Der 9980. benötigte zwei Befehlszyklen, um den Befehl von den 8-Bit-Peripheriegeräten auszuführen, wodurch die effektive Geschwindigkeit zweimal abfiel, was nicht besser war als bei den vorhandenen 8-Bit-MPs. Vor der Umsetzung des großartigen TI-Plans verließ Carsten das Unternehmen als Vice President für Vertrieb und Marketing bei Intel und war sich sicher, dass Intel zu einem sehr ernsthaften Rivalen werden wird, der auf dem MP-Markt nur schwer zu besiegen sein wird.

Intel entwickelte natürlich seinen eigenen 16-Bit-Mikroprozessor 8086, der im April 1978 veröffentlicht wurde. Das Unternehmen ging das Problem des Mangels an kompatiblen 16-Bit-Peripheriegeräten genauso an und fügte dem MP einen 8-Bit-Port hinzu, aus dem der Intel 8088 hervorging TI 9980, Intel 8088 war Junk und zeigte eine geringere Leistung im Vergleich zu 8086 in jedem realen System. Der Intel-Chip hatte jedoch einen grundlegenden Vorteil gegenüber TI: 20 Bit logischen Adressraum anstelle von 16. Als Ergebnis hatte er die Möglichkeit, auf ein Megabyte Speicher anstatt auf 64 KB wie beim TI 9900 zuzugreifen. Außerdem wurden die externen Register TMS9900 und 9980 verwendet verschlechterte seine Leistung weiter.

Und während Intel erfolgreich alternative Produktionsquellen für den 8086 entwickelte, bemühte sich TI, ähnliche Geschäfte abzuschließen. Zu diesem Zeitpunkt benötigten die meisten Kunden mindestens zwei konkurrierende Lieferanten für jede neue Familie von Halbleiterkomponenten, um eine erschwingliche Produktverfügbarkeit sicherzustellen.

In der Zwischenzeit kündigten mehrere Wettbewerber ihre Pläne zur Schaffung von 16-Bit-Universalprozessoren an. Der ehrgeizigste Plan war das Motorola 68000. Obwohl es 16 externe Kontakte hatte, war seine interne Architektur 32-Bit und es hatte 24 Bit für den logischen Adressraum. Das nächste Produkt könnte möglicherweise 32 Adressbits verwenden. Zilog, Entwickler des beliebten 8-Bit-Z80-MP, kündigte die Entwicklung eines 16-Bit-Z8000 mit segmentiertem Speicher an, der für 1978-1979 geplant war. Im Gegensatz zum 68000 verfügte der Z8000 über eine einfache 16-Bit-Architektur.


Ein weiterer Konkurrent: Der 16-Bit-MP 68000 von Motorola verfügte über eine interne 32-Bit-Architektur, konnte jedoch nicht rechtzeitig beendet werden, um eine der möglichen Optionen für den IBM-PC zu werden.

Im Oktober 1978, sechs Monate nach der Ankündigung von Intel 8086, wechselte ich in die MOS-Abteilung von TI und wurde MP-Manager. Zu diesem Zeitpunkt wusste jeder im Unternehmen und viele außerhalb des Unternehmens, dass die 16-Bit-TI-Strategie für MP nicht funktionierte. Der erfolglose Versuch des Geräts, einen kompatiblen 16-Bit-TMS9940-Mikrocontroller zu entwickeln, der meines Erachtens bereits 5 oder 6 Iterationen bestanden hatte, verstärkte dieses Problem nur. Ich wusste, dass ich eine schwierige Situation erbte. Warum habe ich einen guten Job als Manager einer Abteilung für die Entwicklung von Konsumgütern gekündigt? Ort, Ort, Ort. Das Mikroprozessorunternehmen befand sich in Houston, und TI verlegte Konsumgüter nach Lubbock, Texas . Lubbock ist eine Stadt, in der die richtige Antwort auf die Frage "Wie gefällt es Ihnen hier?" wird sein "Die Leute sind wunderbar hier." Der hier aufgewachsene Country-Sänger Mack Davis schrieb einmal einen Refrain-Song: „Ich dachte, Glück ist Lubbock, Texas, im Rückspiegel.“

Kurz nach meiner Ankunft in Houston wurde mir gesagt, dass ich für eine Gruppe von IBM, die an einem sehr geheimen Projekt mit einem 16-Bit-Mikroprozessor arbeitet, eine Präsentation auf dem TMS9900 halten müsste. Die Gruppe kam von einem für IBM ungewöhnlichen Ort: Boca Raton, Florida. Ich habe mich sehr lange darauf vorbereitet,, wie ich dachte, eine gut vorbereitete Präsentation gehalten und fleißig mit den Konsequenzen gearbeitet. Das Team von IBM zeigte jedoch nicht viel Begeisterung. Bis 1981 wussten wir nicht, was wir verloren haben.

John Opel , Präsident und dann CEO von IBM, machte einen revolutionären Schritt, indem er eine Niederlassung in Boca Raton gründete, die später als Entry Systems Division bekannt wurde. Er erkannte, dass PCs von Apple, Commodore, Radio Shack, TI und anderen die Dominanz von IBM im Computergeschäft gefährden könnten. Deshalb gab er der Boca Raton-Gruppe unter der Leitung von Philip Estridge die Erlaubnis , ihr Produkt zu entwickeln - einen Personal Computer von IBM. Sie könnten die Hilfe Dritter für alles nutzen, einschließlich der Entwicklung von Betriebssystemen und Anwendungsprogrammen. Diese Einstellung machte das System für IBM-Standards ziemlich „offen“ und beschleunigte den Markteintritt des Produkts. Opel hatte jedoch eine Einschränkung: Das Produkt wird nach IBM benannt, sodass es den Ruf des Unternehmens für Qualität und Zuverlässigkeit nicht untergraben kann. Daher musste die massive Organisation für Qualitätskontrolle innerhalb von IBM die Veröffentlichung dieses Produkts unterzeichnen, bevor der Verkauf begann.


Sofortiger Erfolg: Der IBM 5150-PC wurde im August 1981 veröffentlicht. In den USA enthielten 1.565 US-Dollar keinen Monitor, keinen Drucker und keine zwei Laufwerke.

Über die Wahl des 16-Bit-MP durch das IBM-Team wurde nicht gestritten. Das Motorola 68K, wie es später genannt wurde, war ohne Zweifel ein klarer Favorit. Es hatte den größten logischen Adressraum, der noch wichtiger war als die minimale 16-Bit-interne Architektur. Es war einfach, auf eine vollständige 32-Bit-Architektur zu erweitern. Und vor allem arbeitete 68K mit der Byte-Reihenfolge "Big Endian", dh vom ältesten zum jüngsten. Es geht um die Reihenfolge, in der Computer Bytes im Speicher speichern. Die 16-Bit-Architektur stammte von der 8-Bit-Architektur, und die Ingenieure mussten entscheiden, welches der 8-Bit-Bytes das erste in der 16-Bit-Welt sein würde. Digital Equipment Corp. wählte die Reihenfolge von Junior bis Senior („Little Endian“) für seine Architekturen für programmierte Datenprozessoren (PDP) und VAX. Intel hat das Gleiche getan. IBM Computer verwendeten jedoch eine andere Reihenfolge, Big Endian. Damit Big Endian mit Little Endian kommunizieren konnte, musste die Bytereihenfolge im laufenden Betrieb umgekehrt werden. Zu diesem Zeitpunkt war eine solche Datenkonvertierung nicht trivial. Für den 68K von Motorola war für die Verwendung mit dem IBM PC keine Konvertierung erforderlich. Warum verwenden wir heute keine 68K-basierten Computer?

Die Antwort hängt davon ab, wer zuerst auf den Markt gekommen ist. 8088 war unvollkommen, aber zumindest war es fertig, 68K jedoch nicht. Aufgrund des strengen Qualitätsbewertungsprozesses von IBM musste der Hersteller Tausende von Produktmustern für jedes neue Teil bereitstellen, damit IBM Live-Tests durchführen konnte. Bei IBM haben sich Hunderte von Ingenieuren um die Qualitätskontrolle gekümmert, aber es braucht Zeit. In der ersten Hälfte des Jahres 1978 produzierte Intel bereits Beispiele für 8088. Ende 1978 war der 68K noch nicht vollständig zur Veröffentlichung bereit.

Unglücklicherweise für Motorola wollte die Boca Raton-Gruppe den neuen IBM-PC so schnell wie möglich auf den Markt bringen. Sie hatten also nur zwei komplett vorgefertigte 16-Bit-MPs zur Auswahl. Im Wettbewerb zweier nicht idealer Chips erwies sich der Intel-Chip als weniger unvollkommen als der TI-Chip.

Der TMS9900 starb nicht leise, ohne vom IBM PC erkannt zu werden. Die Manager hofften immer noch, die Unternehmensstrategie durchzusetzen. Natürlich muss ein TI-Heimcomputer, dessen Ankündigung noch zu erwarten ist, den TMS9900 verwenden?

Das Computerentwicklungsteam stimmte widerwillig zu, ihm eine Chance zu geben. Diese Gruppe war das Ergebnis der unglücklichen Fusion der beiden Abteilungen, von denen eine eine Spielekonsole entwickelte und die andere ein Personal Computer. Der resultierende Hybrid wurde weder für den einen noch für den anderen angepasst. Aber TI bog hartnäckig ihre Linie. TI-99/4 kam 1979 auf den Markt, gefolgt von TI-99 / 4A im Jahr 1981. Das Unternehmen verkaufte schließlich 2,8 Millionen Einheiten, die meisten davon mit Verlust, bis es 1984 den Personalmarkt verließ .

Inzwischen hat sich die Intel 8086-Architektur weiterentwickelt und die Mängel behoben. Sie verwendet immer noch die Little Endian-Bytereihenfolge, aber heute macht es keinen Unterschied. Und Motorola hat mit seiner überlegenen Technologie den wichtigsten Entwicklungswettbewerb der letzten 50 Jahre verloren.

Da es sich um andere Wettbewerber handelt, möchte ich einige Worte zum Betriebssystem des IBM-PCs sagen. Die logische Wahl für das 16-Bit-Betriebssystem war die Erweiterung des beliebten CP / M- Betriebssystems, das von Gary Kildall in Digital Research auf der Basis des Zilog Z80 entwickelt wurde. Das Boca Raton-Team erkannte, dass CP / M ein offener Standard ist, und beauftragte Digital Research mit der Entwicklung einer Version namens CP / M-86. Dabei hat Microsoft einen Vorschlag für MS-DOS vorgelegt, über den bereits viel geschrieben wurde. Daher entwickelte sich die PC-Welt nicht in die Richtung, die zuerst angenommen werden konnte, sowohl hinsichtlich des Betriebssystems als auch hinsichtlich des Mikroprozessors.

Welche Lehren können wir aus der Geschichte ziehen? Erstens: Wenn Sie ein Produkt entwickeln, das auf einer sich schnell ändernden neuen Technologie basiert, ist die Hauptsache, zuerst auf den Markt zu kommen, und unabhängig davon, welche Einschränkungen Ihr ursprüngliches Produkt haben wird. Heute wird dieser Ansatz im Silicon Valley als Schaffung eines „minimal lebensfähigen Produkts“ bezeichnet. Wenn Ihr Produkt über neue Funktionen verfügt, die es von anderen unterscheiden, werden Ihre Kunden innovative Möglichkeiten zur Verwendung finden.

Die zweite Lektion lautet: Wenn Sie ein großes Unternehmen leiten, das ein Projekt in einer kleinen Abteilung erstellen möchte, die von anderen isoliert und nicht mit Gepäck oder Traditionen belastet ist, sollten Sie über die Einschränkungen nachdenken, die ihm auferlegt wurden. Es ist wahrscheinlich, dass die Einschränkung des Betriebssystems für einen IBM PC auf lange Sicht für das Unternehmen vorteilhafter ist, als das Produkt mit komplexen Qualitätskontrollverfahren zu belasten. Niemand konnte vorhersagen, wie stark sich die Personalisierung auf unser Leben auswirken wird, aber der wahre Wert liegt nicht in der Ausstattung, sondern in der Kompatibilität des Betriebssystems. Wenn IBM und nicht Microsoft MS-DOS, Windows und andere steuern würde, wäre die Welt der Computer völlig anders.

Für Leute, die am Rande stehen und nur die Hightech-Parade sehen, sage ich: Verpassen Sie nicht Ihre Gelegenheit. Im Fall von TI haben wir 1979 entschieden, dass der TMS9900 das Allzweck-MP-Rennen verloren hat, und haben begonnen, in die Zukunft zu blicken, die nach dem Allzweck-MP kommt. Unsere Strategie konzentrierte sich auf eng fokussierte Abgeordnete und führte zur Entwicklung von TMS320 , einem digitalen Signalprozessor. Seine Ankündigung erfolgte auf einer internationalen Konferenz über Festkörperschaltungen im Februar 1982 und er kam im folgenden Jahr heraus. Die 320 DSP-Familie und ihre Derivate erwirtschafteten fast die Hälfte des Gesamtgewinns von TI, bereiteten eine neue Generation von Unternehmensmanagern vor und ermöglichten TI die Teilnahme am On-Chip-Rennen für eingebettete Prozessoren. In den neunziger Jahren kehrte diese Strategie den Abschwung unter den führenden Halbleiterunternehmen um und verdiente Milliarden von Dollar an Chipverkäufen für Modems, Laufwerkscontroller und eine Vielzahl anderer Produkte.