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.
Half a century from the Intel 4004 (1971, 2,300 transistors) to chips with tens of billions of transistors and built-in AI accelerators. And before it — a century of ideas: from Babbage's mechanical engine through vacuum tubes and the transistor to the integrated circuit. A prehistory and nine eras, each with a turning point of its own. The links open the interactive database with the filters already set.
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.
The idea of “a machine that does the counting for you” is centuries older than silicon. In 1837 Charles Babbage designed the Analytical Engine — a mechanical computer with memory, arithmetic and a program on punched cards; Ada Lovelace wrote the first algorithm for it. The machine was never finished, but the architectural idea survived.
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.
In 1936 Alan Turing formalized the very notion of the “computable”. The first working programmable machines were electromechanical, built on relays: Zuse Z3 (1941, Germany) was binary and programmable. Then came vacuum tubes: ENIAC (1945, ~18,000 tubes) — the first general-purpose electronic computer, thousands of times faster than relays.
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.
Around the same time John von Neumann spelled out the stored-program architecture: instructions and data in the same memory. The Manchester Baby (1948) was the first to run it. The logic of the computer was settled — but the “processor” still filled an entire hall with tubes that ran hot and burned out.
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.
Two inventions made the microprocessor possible. In 1947, at Bell Labs, Bardeen, Brattain and Shockley created the transistor — a tiny, cool and reliable switch in place of the tube (a Nobel Prize followed). Transistor computers (from the mid-1950s) became smaller and faster, and stopped burning out by the batch.
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.
But transistors were soldered by hand, one at a time — “the tyranny of numbers”. In 1958–59 Jack Kilby (Texas Instruments) and Robert Noyce (Fairchild) independently found the answer: the integrated circuit — several transistors on a single piece of silicon, wired together right on the die. From that moment “more transistors” simply meant “a more complex chip”, not a mountain of wiring — and the race for density began.
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.
In 1965 Gordon Moore noticed that the number of transistors on a die was doubling roughly every year (later — every two years). In 1968 Moore and Noyce founded Intel. By the end of the 1960s an IC could already hold thousands of transistors, but a processor was still assembled from many chips on a board — as in the DEC PDP-8 minicomputers or IBM System/360 mainframes.
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.
The push came from an order: Japan's Busicom asked Intel for calculator chips. Instead of a set of special-purpose circuits, Ted Hoff and Stan Mazor proposed a general-purpose programmable processor, and Federico Faggin turned it into silicon. The result was the Intel 4004 (1971): an entire central processor on a single die. The prehistory was over — the history this database begins with had started.
До 1971-го «процессор» — это шкаф из плат. Отдельные узлы к тому времени уже помещались на кристалл — готовые АЛУ продавались микросхемами, — а Intel 4004 впервые собрал на одном кремнии процессор целиком: АЛУ, управление и регистры. 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).
Before 1971 a “processor” meant a cabinet full of boards. Individual blocks already fitted on a die by then — an ALU could be bought as a chip off the shelf — but the Intel 4004 was the first to put a whole processor on one piece of silicon: the ALU, the control unit and the registers. 4 bits, 2,300 transistors, 740 kHz — conceived for a Japanese calculator. It was followed by the 8-bit 8008 and 8080, while competitors answered with the Motorola 6800, the MOS 6502 (cheap — Apple II, C64, NES) and the 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.
The defining shift of the era — the microprocessor made the computer personal. The Altair 8800 on the 8080 and the wave of 8-bit machines turned computing from a corporate luxury into a hobby and an industry.
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 — 32-битные регистры и система команд при 16-битной шине — стал сердцем Macintosh, Amiga и Atari ST.
In 1978 the Intel 8086 laid down the x86 architecture, which is still alive today. The decisive chip, though, was not it but the cut-down 8088: cheap 8-bit support circuitry around it let IBM build the IBM PC (1981) — and accidentally create the industry standard. In parallel, the Motorola 68000 — a 32-bit register set and instruction set on a 16-bit bus — became the heart of the Macintosh, the Amiga and the 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.
The 80286 brought protected mode, the 80386 — full 32 bits and virtual memory. The elegant Z8000, NS32016 and TMS9900 lost not on engineering but on ecosystem. The lesson of the era: the architecture that wins is the one with the software and the compatibility, not the most beautiful one.
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 (64 бита в 1992-м, через год после MIPS R4000) и HP PA-RISC захватили рабочие станции и серверы.
Academics noticed that processors were spending transistors on rare, complex instructions. RISC — few simple instructions, but a pipeline and a high clock speed. ARM1/ARM2 (tiny, frugal), MIPS R2000, SPARC, IBM POWER, DEC Alpha (64-bit in 1992, a year after the MIPS R4000) and HP PA-RISC took over workstations and servers.
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.
CISC answered with the same weapon: the 486 got a pipeline and a cache, the Pentium (1993) went superscalar, and the Pentium Pro internally broke x86 instructions down into RISC-like micro-operations. The CISC/RISC boundary blurred — x86 on the outside, a RISC core on the inside.
Десятилетие частот. Pentium II/III и Athlon (1999; в марте 2000-го первым из x86 взял 1 ГГц) гнались за мегагерцами; Pentium 4 с архитектурой NetBurst довёл частоты до ~3.8 ГГц, но ценой огромного тепловыделения — тупик.
A decade of clock speed. Pentium II/III and Athlon (1999; in March 2000 the first x86 to reach 1 GHz) chased megahertz; the Pentium 4 and its NetBurst architecture drove clocks to ~3.8 GHz, but at the price of enormous heat — a dead end.
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.
The break came from AMD: Opteron and Athlon 64 extended x86 to 64 bits (x86-64) without breaking compatibility — and buried Intel's bet on the incompatible Itanium. For the first time AMD was dictating the direction of the x86 architecture, and the bus for Athlon was licensed from the legendary 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.
Clock speed ran into physics: every extra hertz heated the die nonlinearly. The way out was not faster but more cores. Athlon 64 X2 and Core 2 Duo made two cores the norm, Core 2 Quad made it four. Servers went after throughput: UltraSPARC T1 “Niagara” — 8 cores × 4 threads — while Cell BE (PS3) bet on heterogeneity, one PPE and eight SPEs.
Параллелизм стал обязанностью программиста, а не подарком от роста частоты. Intel выправилась архитектурой Core (наследие экономичного Pentium M), окончательно похоронив NetBurst.
Parallelism became the programmer's duty rather than a gift from rising clock speed. Intel righted itself with the Core architecture (an inheritance from the frugal Pentium M), burying NetBurst for good.
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.
The iPhone (2007) changed the metric: what counts is not peak clock speed but performance per watt. Power-efficient ARM cores (Cortex-A8 and onward) and the SoC — CPU, GPU, modem and neural block on one die — took over billions of devices. The Apple A series (from the A7 on — the first 64-bit smartphone chip, 2013) and Snapdragon set the pace.
Кремния стало больше телефонного, чем настольного. ARM выиграла объёмом: по числу выпущенных ядер мобильная архитектура давно обошла x86.
There was now more phone silicon than desktop silicon. ARM won on volume: counted in cores shipped, the mobile architecture passed x86 long ago.
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).
The monolithic die had become too expensive on leading process nodes. AMD's Zen/Ryzen cut the processor into chiplets: small compute dice on top-end TSMC plus a cheap I/O die — higher yields, lower cost. AMD caught up with Intel and in places overtook it for the first time in a decade (EPYC with 64–96 cores).
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 уже в конце 2023-го. Эпоха единого большого ядра закончилась — будущее за композицией разных блоков.
Apple M1 (2020) carried phone-grade ARM efficiency onto the desktop and beat x86 on performance per watt. Intel answered with the Alder Lake hybrid (large P cores plus small E cores) and chiplets of its own, with Meteor Lake arriving at the end of 2023. The era of the single big core is over — the future belongs to composing different blocks.
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).
Moore's law slowed, but generative AI blew up the demand for compute. The center of gravity shifted from the “scalar” to matrix accelerators: the NVIDIA H100 GPU with tensor cores and FP8, Google TPU, dedicated NPUs right inside consumer chips (Meteor Lake, Snapdragon X Elite) and inside mainframes (IBM Telum — fraud detection at the moment of the transaction).
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.
The leading edge is 3 nm (Apple A17 Pro), packaging instead of a single die, and silicon designed for AI. The general-purpose core is giving way to one specialized for the task — the defining vector of today.
Гордон Мур (1965): число транзисторов на кристалле удваивается примерно
ежегодно; в 1975-м он уточнил — 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.
Gordon Moore (1965): the number of transistors on a die doubles roughly every year; in 1975 he revised that to every two. That curve held for half a century — from the 2,300 transistors of the 4004 to tens of billions in a modern SoC, a growth of ~40 million times. Today the law has slowed: clock speeds hit the power wall (~2005), process scaling keeps getting more expensive, and the industry now takes its growth not from a smaller transistor but from chiplets, hybrid cores and specialized accelerators.
See it for yourself: open the database → the [ moore's law ] and [ process node ] buttons in the header.