اس چپ کی آمد نے چپ کی نشوونما کا رخ بدل دیا!
1970 کی دہائی کے اواخر میں، 8 بٹ پروسیسرز اب بھی اس وقت کی سب سے جدید ٹیکنالوجی تھے، اور سیمی کنڈکٹر فیلڈ میں CMOS کے عمل کو نقصان پہنچا تھا۔ AT&T Bell Labs کے انجینئرز نے مستقبل میں ایک جرات مندانہ قدم اٹھایا، جدید 32-bit پروسیسر فن تعمیر کے ساتھ جدید 3.5-micron CMOS مینوفیکچرنگ کے عمل کو جوڑ کر، IBM اور Intel کو پیچھے چھوڑتے ہوئے، چپ کی کارکردگی میں حریفوں کو پیچھے چھوڑنے کی کوشش میں۔
اگرچہ ان کی ایجاد، Bellmac-32 مائکرو پروسیسر، Intel 4004 (1971 میں ریلیز ہوئی) جیسی پہلے کی مصنوعات کی تجارتی کامیابی حاصل کرنے میں ناکام رہی، لیکن اس کا اثر بہت گہرا تھا۔ آج، تقریباً تمام سمارٹ فونز، لیپ ٹاپس، اور ٹیبلیٹس میں چپس بیلماک-32 کے ذریعے پیش کردہ تکمیلی میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر (CMOS) اصولوں پر انحصار کرتی ہیں۔
1980 کی دہائی قریب آ رہی تھی، اور AT&T خود کو تبدیل کرنے کی کوشش کر رہا تھا۔ کئی دہائیوں تک، ٹیلی کمیونیکیشن دیو کا عرفی نام "مدر بیل" نے ریاستہائے متحدہ میں صوتی مواصلات کے کاروبار پر غلبہ حاصل کیا تھا، اور اس کی ذیلی کمپنی ویسٹرن الیکٹرک نے امریکی گھروں اور دفاتر میں تقریباً تمام عام ٹیلی فون تیار کیے تھے۔ امریکی وفاقی حکومت نے عدم اعتماد کی بنیاد پر AT&T کے کاروبار کو توڑنے پر زور دیا، لیکن AT&T کو کمپیوٹر فیلڈ میں داخل ہونے کا موقع ملا۔
مارکیٹ میں پہلے سے ہی اچھی طرح سے قائم کمپیوٹر کمپنیوں کے ساتھ، AT&T کو پکڑنا مشکل تھا۔ اس کی حکمت عملی مینڈک کو چھلانگ لگانے کی تھی، اور بیلمیک 32 اس کا اسپرنگ بورڈ تھا۔
بیلمیک 32 چپ فیملی کو آئی ای ای ای میل اسٹون ایوارڈ سے نوازا گیا ہے۔ نقاب کشائی کی تقریبات اس سال مرے ہل، نیو جرسی میں نوکیا بیل لیبز کیمپس اور ماؤنٹین ویو، کیلیفورنیا میں کمپیوٹر ہسٹری میوزیم میں منعقد کی جائیں گی۔
منفرد چپ
8 بٹ چپس کے صنعتی معیار کی پیروی کرنے کے بجائے، AT&T کے ایگزیکٹوز نے بیل لیبز کے انجینئرز کو چیلنج کیا کہ وہ ایک انقلابی پروڈکٹ تیار کریں: پہلا تجارتی مائکرو پروسیسر جو ایک گھڑی کے چکر میں ڈیٹا کے 32 بٹس کو منتقل کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ اس کے لیے نہ صرف ایک نئی چپ بلکہ ایک نئے فن تعمیر کی بھی ضرورت تھی — جو ٹیلی کمیونیکیشن سوئچنگ کو سنبھال سکے اور مستقبل کے کمپیوٹنگ سسٹمز کی ریڑھ کی ہڈی کے طور پر کام کر سکے۔
"ہم صرف ایک تیز چپ نہیں بنا رہے ہیں،" مائیکل کونڈری نے کہا، جو بیل لیبز کے ہولمڈل، نیو جرسی میں فن تعمیر کے گروپ کی قیادت کرتے ہیں۔ "ہم ایک ایسی چپ ڈیزائن کرنے کی کوشش کر رہے ہیں جو آواز اور حساب دونوں کو سپورٹ کر سکے۔"
اس وقت، CMOS ٹیکنالوجی کو NMOS اور PMOS ڈیزائن کے لیے ایک امید افزا لیکن خطرناک متبادل کے طور پر دیکھا جاتا تھا۔ NMOS چپس مکمل طور پر N-type transistors پر انحصار کرتی تھیں، جو کہ تیز تھے لیکن طاقت سے بھوکے تھے، جبکہ PMOS چپس مثبت چارج شدہ سوراخوں کی نقل و حرکت پر انحصار کرتے تھے، جو بہت سست تھا۔ CMOS نے ایک ہائبرڈ ڈیزائن استعمال کیا جس نے بجلی کی بچت کرتے ہوئے رفتار میں اضافہ کیا۔ CMOS کے فوائد اتنے زبردست تھے کہ انڈسٹری کو جلد ہی احساس ہو گیا کہ یہاں تک کہ اگر اسے دو گنا زیادہ ٹرانجسٹرز (ہر گیٹ کے لیے NMOS اور PMOS) کی ضرورت ہے، تو یہ اس کے قابل ہے۔
مور کے قانون کی طرف سے بیان کردہ سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ، ٹرانزسٹر کثافت کو دوگنا کرنے کی لاگت قابل انتظام اور بالآخر نہ ہونے کے برابر ہو گئی۔ تاہم، جب Bell Labs نے اس اعلی خطرے والے جوئے کا آغاز کیا، بڑے پیمانے پر CMOS مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی غیر ثابت تھی اور لاگت نسبتاً زیادہ تھی۔
اس نے بیل لیبز کو خوفزدہ نہیں کیا۔ کمپنی نے Holmdel، Murray Hill، اور Naperville، Illinois میں واقع اپنے کیمپسز کی مہارت کی طرف متوجہ کیا، اور سیمی کنڈکٹر انجینئرز کی "خوابوں کی ٹیم" کو جمع کیا۔ اس ٹیم میں کونڈری، سٹیو کون، چپ ڈیزائن میں ایک ابھرتا ہوا ستارہ، ایک اور مائکرو پروسیسر ڈیزائنر وکٹر ہوانگ، اور AT&T Bell Labs کے درجنوں ملازمین شامل تھے۔ انہوں نے 1978 میں ایک نئے CMOS عمل میں مہارت حاصل کرنا شروع کی اور شروع سے ہی 32 بٹ مائکرو پروسیسر بنانا شروع کیا۔
ڈیزائن فن تعمیر کے ساتھ شروع کریں۔
Condrey ایک سابق IEEE فیلو تھا اور بعد میں انٹیل کے چیف ٹیکنالوجی آفیسر کے طور پر خدمات انجام دیں۔ اس نے جس فن تعمیر کی ٹیم کی قیادت کی وہ ایک ایسا نظام بنانے کے لیے پرعزم تھی جو مقامی طور پر یونکس آپریٹنگ سسٹم اور سی زبان کو سپورٹ کرتا ہو۔ اس وقت، یونکس اور سی دونوں زبانیں ابھی ابتدائی دور میں تھیں، لیکن ان کا غلبہ ہونا مقصود تھا۔ اس وقت کلو بائٹس (KB) کی انتہائی قیمتی میموری کی حد کو توڑنے کے لیے، انہوں نے ایک پیچیدہ انسٹرکشن سیٹ متعارف کرایا جس کے لیے عمل درآمد کے کم مراحل درکار تھے اور ایک گھڑی کے چکر میں کام مکمل کر سکتے تھے۔
انجینئرز نے ایسی چپس بھی ڈیزائن کیں جو VersaModule Eurocard (VME) متوازی بس کو سپورٹ کرتی ہیں، جو تقسیم شدہ کمپیوٹنگ کو قابل بناتی ہے اور متعدد نوڈس کو متوازی طور پر ڈیٹا پر کارروائی کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ VME سے مطابقت رکھنے والی چپس انہیں ریئل ٹائم کنٹرول کے لیے استعمال کرنے کے قابل بھی بناتی ہیں۔
ٹیم نے یونکس کا اپنا ورژن لکھا اور اسے صنعتی آٹومیشن اور اسی طرح کی ایپلی کیشنز کے ساتھ مطابقت کو یقینی بنانے کے لیے ریئل ٹائم صلاحیتیں دیں۔ بیل لیبز کے انجینئرز نے ڈومینو لاجک بھی ایجاد کی، جس نے پیچیدہ لاجک گیٹس میں تاخیر کو کم کرکے پروسیسنگ کی رفتار میں اضافہ کیا۔
اضافی ٹیسٹ اور تصدیق کی تکنیکوں کو Bellmac-32 ماڈیول کے ساتھ تیار کیا گیا اور متعارف کرایا گیا، ایک پیچیدہ ملٹی چپ تصدیق اور جانچ پروجیکٹ جس کی قیادت جین-ہسن ہوانگ نے کی جس نے پیچیدہ چپ مینوفیکچرنگ میں صفر یا قریب صفر کی خرابیاں حاصل کیں۔ یہ بہت بڑے پیمانے پر انٹیگریٹڈ سرکٹ (VLSI) ٹیسٹ کی دنیا میں پہلا تھا۔ بیل لیبز کے انجینئرز نے ایک منظم منصوبہ تیار کیا، اپنے ساتھیوں کے کام کو بار بار چیک کیا، اور بالآخر ایک سے زیادہ چپ فیملیز میں ہموار تعاون حاصل کیا، جس کا اختتام ایک مکمل مائیکرو کمپیوٹر سسٹم میں ہوا۔
اگلا سب سے مشکل حصہ آتا ہے: چپ کی اصل مینوفیکچرنگ۔
"اس وقت، ترتیب، ٹیسٹ، اور اعلی پیداوار والی مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجیز بہت کم تھیں،" کانگ یاد کرتے ہیں، جو بعد میں کوریا ایڈوانسڈ انسٹی ٹیوٹ آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (KAIST) کے صدر اور IEEE کے ساتھی بنے۔ وہ نوٹ کرتا ہے کہ مکمل چپ کی تصدیق کے لیے CAD ٹولز کی کمی نے ٹیم کو بڑے سائز کی Calcomp ڈرائنگ پرنٹ کرنے پر مجبور کیا۔ یہ اسکیمیٹکس دکھاتے ہیں کہ مطلوبہ آؤٹ پٹ دینے کے لیے کس طرح ٹرانسسٹر، تاروں اور آپس میں جڑے ہوئے ایک چپ کے اندر ترتیب دی جانی چاہیے۔ ٹیم نے انہیں ٹیپ کے ساتھ فرش پر جمع کیا، جس سے ایک طرف 6 میٹر سے زیادہ کا ایک بڑا مربع ڈرائنگ بنا۔ کانگ اور اس کے ساتھیوں نے ہر ایک سرکٹ کو رنگین پنسلوں میں ہاتھ سے کھینچا، ٹوٹے ہوئے کنکشن اور اوورلیپنگ یا غلط طریقے سے ہینڈل کیے گئے آپس میں جڑے ہوئے رابطوں کی تلاش میں۔
جسمانی ڈیزائن مکمل ہونے کے بعد، ٹیم کو ایک اور چیلنج کا سامنا کرنا پڑا: مینوفیکچرنگ۔ یہ چپس ایلنٹاؤن، پنسلوانیا کے ویسٹرن الیکٹرک پلانٹ میں تیار کی گئی تھیں، لیکن کانگ یاد کرتے ہیں کہ پیداوار کی شرح (ویفر پر چپس کا فیصد جو کارکردگی اور معیار کے معیار پر پورا اترتا ہے) بہت کم تھا۔
اس کو حل کرنے کے لیے، کانگ اور اس کے ساتھی ہر روز نیو جرسی سے پلانٹ کی طرف جاتے، اپنی آستینیں لپیٹتے اور جو کچھ بھی ضروری تھا وہ کرتے، بشمول فرش صاف کرنے اور جانچ کے آلات کو صاف کرنے کے لیے، ہمدردی پیدا کرنے کے لیے اور سب کو اس بات پر قائل کرنے کے لیے کہ سب سے زیادہ پیچیدہ پروڈکٹ جو پلانٹ نے پیدا کرنے کی کوشش کی تھی، وہ واقعی وہاں بنایا جا سکتا ہے۔
کانگ نے کہا، "ٹیم بنانے کا عمل آسانی سے چلا گیا۔ "چند مہینوں کے بعد، ویسٹرن الیکٹرک اعلیٰ معیار کے چپس کو طلب سے زیادہ مقدار میں تیار کرنے میں کامیاب ہو گئی۔"
Bellmac-32 کا پہلا ورژن 1980 میں جاری کیا گیا تھا، لیکن یہ توقعات پر پورا نہیں اتر سکا۔ اس کی کارکردگی کا ہدف فریکوئنسی صرف 2 میگا ہرٹز تھی، 4 میگاہرٹز نہیں۔ انجینئرز نے دریافت کیا کہ جدید ترین ٹیکڈا ریکن ٹیسٹ کا سامان جو وہ اس وقت استعمال کر رہے تھے وہ ناقص تھا، تحقیقات اور ٹیسٹ ہیڈ کے درمیان ٹرانسمیشن لائن کے اثرات غلط پیمائش کا باعث بن رہے تھے۔ انہوں نے پیمائش کی غلطیوں کو درست کرنے کے لیے ایک اصلاحی جدول تیار کرنے کے لیے ٹیکڈا ریکن ٹیم کے ساتھ کام کیا۔
دوسری نسل کے بیلمیک چپس کی گھڑی کی رفتار 6.2 میگاہرٹز سے زیادہ تھی، بعض اوقات یہ 9 میگاہرٹز تک زیادہ ہوتی ہے۔ یہ اس وقت کافی تیز سمجھا جاتا تھا۔ IBM نے 1981 میں اپنے پہلے PC میں جو 16-bit Intel 8088 پروسیسر جاری کیا تھا اس کی گھڑی کی رفتار صرف 4.77 MHz تھی۔
بیلمیک 32 نے کیوں کیا۔'مین سٹریم نہیں بننا
اس کے وعدے کے باوجود، Bellmac-32 ٹیکنالوجی نے بڑے پیمانے پر تجارتی اپنانے حاصل نہیں کی۔ کونڈری کے مطابق، AT&T نے 1980 کی دہائی کے آخر میں سازوسامان بنانے والی کمپنی NCR کو دیکھنا شروع کیا اور بعد میں حصول کی طرف رجوع کیا، جس کا مطلب تھا کہ کمپنی نے مختلف چپ پروڈکٹ لائنوں کو سپورٹ کرنے کا انتخاب کیا۔ تب تک بیلمیک 32 کا اثر بڑھنا شروع ہو چکا تھا۔
"Bellmac-32 سے پہلے، NMOS کا مارکیٹ پر غلبہ تھا،" کونڈری نے کہا۔ "لیکن CMOS نے زمین کی تزئین کو تبدیل کر دیا کیونکہ یہ اسے فیب میں لاگو کرنے کا ایک زیادہ موثر طریقہ ثابت ہوا۔"
وقت گزرنے کے ساتھ، اس احساس نے سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کو نئی شکل دی۔ CMOS جدید مائیکرو پروسیسرز کی بنیاد بن جائے گا، جو ڈیسک ٹاپ کمپیوٹرز اور اسمارٹ فونز جیسے آلات میں ڈیجیٹل انقلاب کو طاقت بخشے گا۔
بیل لیبز کا جرات مندانہ تجربہ - ایک غیر تجربہ شدہ مینوفیکچرنگ کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے اور چپ فن تعمیر کی پوری نسل پر پھیلا ہوا - ٹیکنالوجی کی تاریخ میں ایک سنگ میل تھا۔
جیسا کہ پروفیسر کانگ کہتے ہیں: "ہم جو کچھ ممکن تھا اس میں سب سے آگے تھے۔ ہم صرف ایک موجودہ راستے پر نہیں چل رہے تھے، ہم ایک نئی پگڈنڈی کو روشن کر رہے تھے۔" پروفیسر ہوانگ، جو بعد میں سنگاپور انسٹی ٹیوٹ آف مائیکرو الیکٹرانکس کے ڈپٹی ڈائریکٹر بن گئے اور ایک IEEE فیلو بھی ہیں، مزید کہتے ہیں: "اس میں نہ صرف چپ فن تعمیر اور ڈیزائن، بلکہ بڑے پیمانے پر چپ کی تصدیق بھی شامل ہے – CAD کا استعمال کرتے ہوئے لیکن آج کے ڈیجیٹل سمولیشن ٹولز یا یہاں تک کہ بریڈ بورڈز کے بغیر (سرکٹ چیکنگ کا ایک معیاری طریقہ سرکٹ ڈیزائن سے پہلے سرکٹ کی جانچ پڑتال کا ایک طریقہ۔ اجزاء مستقل طور پر ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں)۔
کونڈری، کانگ اور ہوانگ اس وقت کو شوق سے دیکھتے ہیں اور AT&T کے بہت سے ملازمین کی مہارت اور لگن کی تعریف کرتے ہیں جن کی کوششوں سے Bellmac-32 چپ فیملی ممکن ہوئی۔
پوسٹ ٹائم: مئی 19-2025