Полвека от Intel 4004 (1971, 2 300 транзисторов) до чипов с десятками миллиардов транзисторов и встроенными ИИ-ускорителями. А до него — век идей: от механической машины Бэббиджа через лампы и транзистор к интегральной схеме. Предыстория и девять эпох, каждая — со своим переломом. Кликабельные ссылки ведут в интерактивную базу с уже выставленными фильтрами.
Идея «машины, считающей за человека» старше кремния на века. В 1837-м Чарльз Бэббидж спроектировал аналитическую машину — механический компьютер с памятью, арифметикой и программой на перфокартах; Ада Лавлейс написала к нему первый алгоритм. Машину не достроили, но архитектурная идея осталась.
В 1936-м Алан Тьюринг формализовал само понятие «вычислимого». Первые рабочие программируемые машины были электромеханическими — на реле: Zuse Z3 (1941, Германия) двоичная и программируемая. Затем пришли вакуумные лампы: ENIAC (1945, ~18 000 ламп) — первый электронный универсальный компьютер, считал в тысячи раз быстрее реле.
Тогда же Джон фон Нейман сформулировал архитектуру с хранимой программой: команды и данные в одной памяти. Манчестерский Baby (1948) первым её исполнил. Логика компьютера определилась — но «процессор» всё ещё занимал целый зал из ламп, гревшихся и перегоравших.
Два изобретения сделали микропроцессор возможным. В 1947-м в Bell Labs Бардин, Браттейн и Шокли создали транзистор — крошечный, холодный и надёжный переключатель вместо лампы (Нобелевская премия). Компьютеры на транзисторах (с середины 1950-х) стали меньше, быстрее и перестали перегорать пачками.
Но транзисторы паяли вручную по одному — «тирания соединений». Решение в 1958–59-м нашли независимо Джек Килби (Texas Instruments) и Роберт Нойс (Fairchild): интегральная схема — несколько транзисторов на одном кусочке кремния, соединённых прямо на кристалле. С этого момента «больше транзисторов» означало просто «более сложный чип», а не гору проводов — и началась гонка плотности.
В 1965-м Гордон Мур заметил: число транзисторов на кристалле удваивается примерно ежегодно (позже — каждые два года). В 1968-м Мур и Нойс основали Intel. К концу 1960-х ИС уже вмещали тысячи транзисторов, но процессор по-прежнему собирали из множества микросхем на плате — как в миникомпьютерах DEC PDP-8 или мейнфреймах IBM System/360.
Толчок дал заказ: японская Busicom попросила Intel чипы для калькулятора. Вместо набора спецсхем Тед Хофф и Стэн Мазор предложили универсальный программируемый процессор, а Федерико Фаджин воплотил его в кремнии. Результат — Intel 4004 (1971): весь центральный процессор на одном кристалле. Предыстория закончилась — началась история, с которой стартует эта база.
До 1971-го «процессор» — это шкаф из плат. Intel 4004 впервые уместил арифметико-логическое устройство на один кремниевый кристалл: 4 бита, 2 300 транзисторов, 740 кГц — задумывался для японского калькулятора. За ним пошли 8-битные 8008 и 8080, а конкуренты ответили Motorola 6800, MOS 6502 (дёшево — Apple II, C64, NES) и Zilog Z80 (ZX Spectrum, CP/M).
Главный сдвиг эпохи — микропроцессор сделал компьютер личным. Altair 8800 на 8080 и волна 8-битных машин превратили вычисления из корпоративной роскоши в хобби и индустрию.
В 1978-м Intel 8086 заложил архитектуру x86, которая жива до сих пор. Решающим стал не он, а урезанный 8088: дешёвая 8-битная обвязка позволила IBM собрать на нём IBM PC (1981) — и случайно создать стандарт индустрии. Параллельно Motorola 68000 дал 32-битную мощь Macintosh, Amiga и Atari ST.
80286 принёс защищённый режим, 80386 — полноценные 32 бита и виртуальную память. Элегантные Z8000, NS32016, TMS9900 проиграли не по технике, а по экосистеме. Урок эпохи: побеждает архитектура с софтом и совместимостью, а не самая красивая.
Академики заметили: процессоры тратят транзисторы на редкие сложные команды. RISC — мало простых команд, зато конвейер и высокая частота. ARM1/ARM2 (крошечные, экономичные), MIPS R2000, SPARC, IBM POWER, DEC Alpha (первый массовый 64-бит, 1992) и HP PA-RISC захватили рабочие станции и серверы.
CISC ответил их же оружием: 486 получил конвейер и кэш, Pentium (1993) стал суперскалярным, а Pentium Pro внутри дробил x86-команды в RISC-подобные микрооперации. Граница CISC/RISC размылась — снаружи x86, внутри RISC-ядро.
Десятилетие частот. Pentium II/III и Athlon (первый x86 на 1 ГГц, 1999) гнались за мегагерцами; Pentium 4 с архитектурой NetBurst довёл частоты до ~3.8 ГГц, но ценой огромного тепловыделения — тупик.
Перелом сделала AMD: Opteron и Athlon 64 расширили x86 до 64 бит (x86-64), сохранив совместимость, — и похоронили ставку Intel на несовместимый Itanium. Впервые AMD диктовала направление архитектуры x86, а шину для Athlon лицензировали у легендарного DEC Alpha 21264.
Частоты упёрлись в физику: каждый лишний герц грел кристалл нелинейно. Выход — не быстрее, а больше ядер. Athlon 64 X2 и Core 2 Duo сделали два ядра нормой, Core 2 Quad — четыре. Сервера пошли в пропускную способность: UltraSPARC T1 «Niagara» — 8 ядер × 4 потока, а Cell BE (PS3) поставил на гетерогенность из одного PPE и восьми SPE.
Параллелизм стал обязанностью программиста, а не подарком от роста частоты. Intel выправилась архитектурой Core (наследие экономичного Pentium M), окончательно похоронив NetBurst.
iPhone (2007) сменил метрику: важна не пиковая частота, а производительность на ватт. Энергоэффективные ядра ARM (Cortex-A8 и далее) и SoC — CPU, GPU, модем, нейроблок на одном кристалле — захватили миллиарды устройств. Apple A-серия (с A7 — первый 64-битный смартфонный чип, 2013) и Snapdragon задали темп.
Кремния стало больше телефонного, чем настольного. ARM выиграла объёмом: по числу выпущенных ядер мобильная архитектура давно обошла x86.
Монолитный кристалл стал слишком дорогим на передовых нормах. AMD Zen/Ryzen разрезала процессор на чиплеты: маленькие compute-кубики на топовом TSMC + дешёвый I/O-кристалл — выше выход годных, ниже цена. AMD догнала и местами обогнала Intel впервые за десятилетие (EPYC с 64–96 ядрами).
Apple M1 (2020) перенесла телефонную ARM-эффективность на десктоп и обогнала x86 по производительности на ватт. Intel ответила гибридом Alder Lake (большие P + малые E ядра) и собственными чиплетами Meteor Lake. Эпоха единого большого ядра закончилась — будущее за композицией разных блоков.
Закон Мура замедлился, но спрос на вычисления взорвал генеративный ИИ. Центр тяжести сместился со «скаляра» на матричные ускорители: GPU NVIDIA H100 с тензорными ядрами и FP8, Google TPU, выделенные NPU прямо в потребительских чипах (Meteor Lake, Snapdragon X Elite) и в мейнфреймах (IBM Telum — анти-фрод в момент транзакции).
Передовая — 3 нм (Apple A17 Pro), упаковка вместо одного кристалла, и кремний, спроектированный под ИИ. Универсальное ядро уступает специализированному под задачу — главный вектор сегодняшнего дня.
Гордон Мур (1965): число транзисторов на кристалле удваивается примерно каждые два года.
Эта кривая держалась полвека — от 2 300 транзисторов 4004 до десятков миллиардов в
современных SoC, рост в ~40 миллионов раз. Сегодня закон
замедлился: частоты упёрлись в стену мощности (~2005), масштабирование нормы дорожает,
и индустрия добирает рост не «меньшим транзистором», а чиплетами,
гибридными ядрами и специализированными ускорителями.
Увидеть наглядно: открой базу →
кнопки [ закон мура ] и [ техпроцесс ] в шапке.