フェアチャイルド 9440

Fairchild 9440 MICROFLAME （ F9440、μFLAMEとも呼ばれる）は、 1977年にFairchild Semiconductor社が発表した16ビットマイクロプロセッサです。9440は、Data General Nova 2の命令セットをシングルチップの40ピンDIPに実装していました。「MICROFLAME」という名称は、開発ソフトウェアシステムである「FIRE」というより広範なブランド戦略の一環でした。

アップデート版である9445は1978年に発表されましたが、市場に投入されたのは1981年後半でした。この頃には、16ビット設計は32ビット設計やモトローラ68000などのハイブリッド設計に取って代わられつつあり、フェアチャイルドは独自の32ビットフェアチャイルドクリッパー設計に着目し始めました。9445の基盤となるコアは、 MIL-STD-1750A命令セット を実装するために新しいマイクロコードを採用した9450の実装にも使用されました。

9440と9445は、データ・ゼネラル（DG）から度々訴訟を起こされ、両社に悪影響を及ぼしました。DGは1986年9月、フェアチャイルド社に5,200万ドル以上を支払うことで、係争中のすべての訴訟を最終的に解決しました。この間、フェアチャイルド社は何度か買収と売却を繰り返し、 1987年にはナショナル セミコンダクター社に買収されました。ナショナル セミコンダクター社は9445の生産を終了し、多くのユーザーが困窮に陥りました。このニーズを満たすために、最終バージョンであるIDC9445が導入されました。

歴史

ノヴァ

データジェネラル・ノヴァは1969年に発売され、15×15インチのプリント基板上に実装された個別の集積回路（IC）を使用して実装されました。設計の複雑さを軽減し、基板サイズとコストを削減するため、算術論理ユニット（ALU）は4ビット幅のみで、単一の74181 ICを使用して実装されました。これは16ビット命令の実行に4マシンサイクルを要しましたが、システムのコストはデジタル・イクイップメント・コーポレーション（DEC）やヒューレット・パッカードの競合ミニコンピュータよりもはるかに低く抑えられました。NOVAは大きな成功を収め、1970年代のミニコンピュータ市場でDECに次ぐ第2位の地位をDGに押し上げました。[ 1 ]

1970年、DG社はSuperNOVAを発表しました。これは、ビットスライス方式で4つの74181を使用した完全な16ビット幅のALUを備え、オリジナルのNOVAの約4倍の速度を実現しました。より高速なコアメモリやオプションの半導体メモリなどの変更により、SuperNOVAはしばらくの間、最速のミニコンピュータとなりました。これはまた、同じ命令セットアーキテクチャ（ISA）を実装した2つの異なる中央処理装置設計が存在することを意味しました。両方の設計の開発が進むにつれて、2つの設計は改良され、より高速なバージョンは、元々低速のハードウェアで動作していた既存のマシンに搭載できるようになりました。こうしてNOVA 2、3、4シリーズが誕生しました。

マイクロノヴァ

特に 1970 年代を通じて半導体製造プロセスが改善されたことにより、NOVA のような個別 IC の CPU 設計に対するプレッシャーが増大しました。 当初は 4 ビット、次いで 8 ビットの CPU だけがシングル チップで容易に製造できましたが、1970 年代半ばには 16 ビットの設計が登場しました。 1973 年、ナショナル セミコンダクターは、わずか 5 個の IC セットで NOVA のようなシステムを実装したIMP-16を発表しました。翌年、同社のPACEにより、それが 1 個の IC にまで削減されました。 この時期には、TI-990ミニコンピュータを実装したTexas Instruments TMS 9900や、 PDP-8のシングル チップ バージョンであるIntersil 6100など、同様の設計がいくつか登場しました。

DGはこれらのシステムに対応する必要があり、NOVA 3命令セットを実装したシングルチップ設計であるmicroNOVA mN601の開発を開始しました。[ 1 ]また、以前はNOVAシステムのオプションアドオンであったハードウェア単精度乗算と除算も追加しました。1976年初頭に発表され、希望者全員に販売されました。シングルチップ、サポートチップ付きのCPUカード、または完全なパッケージ化されたNOVAマシンとして購入できました。個々のチップの販売価格は225ドル、100個ロットで95ドルでした。[ 2 ]しかしその後、DGは601の直接販売を中止し、完全なシステムの販売に移行しました。[ 1 ]

mN601はNMOS技術を用いて実装されていたため、電源から4つの独立した入力電圧を必要としました。[ 1 ]また、内部クロックがないため、システム側で2相クロック信号を供給する必要がありました。動作速度はかなり低く、通常は240nsクロック（約4.2MHz）を使用し、命令の実行時間は2.4～10μsでした。[ 3 ]これに加え、バス性能の制限により、システムのパフォーマンスはオリジナルのNovaの約半分でした。[ 3 ]

Novaシリーズの進化を通じて、システムは主に1960年代のIC設計のリーダーであったフェアチャイルドセミコンダクター社のディスクリートICを使用して構築されていました。この関係は、カリフォルニア州サニーベールにあるDG所有の新しい工場で製造されたmicroNOVAで終了しました。[ 2 ]

9440

歴史的記録には残されていない理由により、フェアチャイルドはデータ・ジェネラルの承認を得ずにNOVA設計のシングルチップ実装を独自に開発することを決定した。裁判所は既にCPUの命令セットは著作権の対象外であると判断済みであり、これはIBMメインフレーム互換システムを異なる内部実装で実装した企業によって何度も検証されていた。また、データ・ジェネラルは、データ・ジェネラルの設計に類似したIMP-16とPACEの導入についても何も対策を講じていなかった。[ 4 ]

フェアチャイルドは、Novaの新たな実装が法的に問題ないと信じる十分な理由を持っていました。ところが、驚いたことにDGは1977年に訴訟を起こしました。訴えの理由は意匠権侵害ではなく、フェアチャイルドがDGの顧客にライセンス契約違反を促しているというものでした。ライセンス契約では、DGのソフトウェアはDGのハードウェアでのみ動作することが規定されていました。翌年、フェアチャイルドはDGのライセンス契約が反競争法に違反しているとして反訴しました。[ 3 ]

9440はmN601よりもはるかに高価でした。前者はソフトウェアパッケージ込みで100個ロットで395ドル[ 5 ]でしたが、後者は同じ数量で95ドルでした。高価格と訴訟が重なり、9440は売れ行きが鈍く、フェアチャイルドの通常のパートナーにはセカンドソースとして引き取られませんでした[ 4 ] 。

9445

9445プロセッサのダイ

1978年には、改良版となる9445が発表されました。2ミクロンプロセスを採用した9445は、NOVA 3の命令セットをマイクロコードで実装し、ハードウェアによる乗算・除算機能と最大128kワードのアドレス指定機能を搭載しました。オリジナルのNOVAとほぼ同程度の速度で動作した9440とは対照的に、9445は非常に高速で、フェアチャイルド社は実際のNOVA 3の10倍の速度で動作すると主張しました。[ 4 ]

生産上の問題により、市場投入は大幅に遅れました。これは、当時試みられたバイポーラCPUの中で最大級のものでした。9445は1981年後半に16MHzでようやく出荷が開始され、後に20MHzおよび24MHzへと向上しました。この頃には、最初の32ビットマイクロプロセッサが市場に登場し始めており、Novaベースのマシンはすべて時代遅れとなっていました。[ 4 ]

DGは再び訴訟を起こし、最終的に11件の訴訟が係争中となった。元々は石油サービス会社だったが事業拡大を目指していたシュルンベルジェは、1979年にフェアチャイルドを買収した。これによりフェアチャイルドは十分な資本を確保し、訴訟を戦い続けた。1986年、ミニコンピュータ市場が崩壊し、 IBM PCの新型モデルが市場を席巻し始めたため、DGは和解を決意した。1986年9月、DGはフェアチャイルドに5,250万ドルを支払うことに同意した。この時点でNOVAシリーズは製造中止となり、9445への関心も薄れていた。[ 4 ]

シュルンベルジェは事業からの撤退を決定し、1987年にフェアチャイルドをナショナルセミコンダクターに売却したが、ナショナルセミコンダクターは直ちにそのラインの生産を終了した。[ 4 ]

ICD9445

9445ベースのPC用アドインボードを製造していたStrobe Data社は、IC Designs社と契約を結び、後にICD9445となる製品の生産を継続しました。このバージョンは1.25μm CMOSプロセスで製造され、1990年に出荷が開始されました。このバージョンは9445の約2倍の速度で動作し、Nova史上最速となりました。[ 4 ]

説明

9440

NMOSのmN601とは対照的に、フェアチャイルドの9440の設計は、フェアチャイルド独自の3ミクロンバイポーラトランジスタIsoplanar Integrated Injection Logicプロセス（I3L ）を使用して製造された。これはトランジスタ-トランジスタロジック（TTL）システムであるため、結果として得られるチップはmN601の4レベル電源ではなく、単一の+5V電源のみを必要とした。このプロセスにより、最大12MHzまで高速動作が可能になった。mN601がオリジナルのNovaの約半分の速度で動作したのに対し、9440はNova 1200とほぼ同等の速度で動作した。また、クロックジェネレータと発振器も統合されたため、追加の外部クロックサポートは不要になったが、外部クロックが供給されればそれを読み取ることは可能だった。mN601と同じ40ピンDIPで出荷された。[ 6 ]

内部的には、このシステムはNOVA 2とは異なっていました。データシートには、「データジェネラルNOVAシリーズのミニコンピュータのCPUとは構造的に異なりますが、9440は同等のパフォーマンスを提供し、同じ命令セットを実行します。」と記載されています。[ 7 ]これは、命令セットがマイクロコードであったため可能であり、[ 8 ] CPUは（理論上）どのような設計でも可能でした。

μFLAMEはプログラミングモデルにおいてmN601と若干異なっており、命令セットはNOVA 3ではなくNOVA 2に基づいていたため、3で導入されたハードウェアスタックは搭載されていなかった。また、mN601のハードウェア乗算・除算機能も搭載されていなかったが、オプションの9443特殊関数ユニットを装着することで追加可能であった。9441メモリ制御ユニット（MCU）と9442 I/O制御ユニットがシステム全体を構成していた。9440とは直接関係ないが、フェアチャイルドは4kBの93481と16kBの93483という、適切なダイナミックRAM （DRAM）チップも販売していた。 [ 9 ]

mN601と9440には、他に2つの大きな違いがあります。9440はDMAプロセスの開始と終了を示すダイレクトメモリアクセス（DMA）信号を備えていましたが、これらの信号を受信すると、単に一時停止してシステムバスを解放するだけでした。実際にデータをメモリに移動するのは外部ハードウェアの役割でした。 [ 3 ]一方、NOVAはオプションの割り込みを実行し、プロセッサ自身がメモリ位置0001のアドレスにジャンプしてデータを移動できるようにしました。 [ 10 ]さらに、mN601は内部DRAMリフレッシュシステムを備えており、20,000内部サイクルごとにリフレッシュを実行していました。9440にはこの機能が内蔵されておらず、9441が担っていました。[ 11 ]

フェアチャイルドは、このシステム用の開発スイートであるFIREパッケージも提供した。[ 6 ]

9445

9445は、もはやMICROFLAMEとは呼ばれていないが、9440から大きく進歩した。重要な変更点の一つは、3ミクロンから2ミクロンの特徴サイズへの移行であり、これにより歩留まりに影響を与えることなくチップ上により多くのゲートを構成できるようになり、動作速度は9440の2倍の24MHzまで向上した。[ 12 ]

9445はNOVA3命令セットを完全に実装し、ハードウェアスタックをサポートするためにSP（スタックポインタ）レジスタとFP（フレームポインタ）レジスタを追加しました。また、9445はNOVA3の新しいバンクスイッチメモリシステムもサポートし、アドレス空間を32kワードから128kワードに拡張しました。この変更により、NOVA3の3つの新しいアドレッシングモードも追加され、合計11になりました。9440にはなかったハードウェアベースの16ビット乗算と除算が追加されたため、9443は不要になりました。さらに、浮動小数点演算を支援する新しいオペコードスイートが追加され、8ビット、16ビット、または32ビットのデータで動作できるようになりました。[ 12 ] ALUは4ビットから完全な16ビット実装に拡張され、全体的なパフォーマンスが大幅に向上しました。[ 13 ]

9450

フェアチャイルドは、9445と同じプロセッサ設計をベースに、異なるマイクロコードを使用して9450を製造した。このプロセッサは、 Novaの命令セットではなくMIL-STD-1750A命令セットを採用していた。1985年に市場に投入されたこのプロセッサは、他のほとんどの1750A実装ではオプションの外付けチップである内蔵演算プロセッサを搭載していた。[ 4 ]

参考文献

引用

参考文献

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