Chronologie des microprocesseurs

Années 1970

Les premières puces pouvant être considérées comme des microprocesseurs ont été conçues et fabriquées à la fin des années 1960 et au début des années 1970, notamment le MP944 utilisé dans le Grumman F-14 CADC . Le 4004 d'Intel de 1971 est largement considéré comme le premier microprocesseur commercial.

Au début des années 1970, les concepteurs utilisaient principalement des transistors MOSFET avec une logique pMOS , passant à la logique nMOS après le milieu des années 1970. Le nMOS avait l'avantage de pouvoir fonctionner sur une seule tension, généralement +5 V, ce qui simplifiait les besoins en alimentation et lui permettait d'être facilement interfacé avec la grande variété de dispositifs logiques transistor-transistor (TTL) +5 V. Le nMOS avait l'inconvénient d'être plus sensible au bruit électronique généré par de légères impuretés dans le matériau silicium sous-jacent, et ce n'est qu'au milieu des années 1970 que celles-ci, en particulier le sodium, ont été éliminées avec succès aux niveaux requis. À cette époque, vers 1975, le nMOS a rapidement conquis le marché.

Cela correspondait à l'introduction de nouveaux systèmes de masquage de semi-conducteurs , notamment le système Micralign de Perkin-Elmer . Micralign projetait une image du masque sur la plaquette de silicium, sans jamais la toucher directement, ce qui éliminait les problèmes précédents lorsque le masque était soulevé de la surface et emportait avec lui une partie de la résine photosensible , ruinant les puces sur cette partie de la plaquette. En réduisant le nombre de puces défectueuses, d'environ 70 % à 10 %, le coût des conceptions complexes comme les premiers microprocesseurs a chuté du même montant. Les systèmes basés sur des aligneurs de contact coûtaient de l'ordre de 300 $ en quantités unitaires, le MOS 6502 , conçu spécifiquement pour tirer parti de ces améliorations, ne coûtait que 25 $.

Cette période a également vu une expérimentation considérable avec différentes longueurs de mots . Au début, les processeurs 4 bits étaient courants, comme l'Intel 4004, simplement parce que la fabrication d'une longueur de mot plus importante ne pouvait pas être réalisée de manière rentable dans l'espace disponible sur les petites plaquettes de l'époque, en particulier lorsque la majorité était défectueuse. À mesure que les rendements s'amélioraient, que la taille des plaquettes augmentait et que la taille des fonctionnalités continuait à être réduite, des conceptions 8 bits plus complexes sont apparues comme l' Intel 8080 et le 6502. Les processeurs 16 bits sont apparus tôt mais étaient chers ; à la fin de la décennie, les conceptions 16 bits à bas prix comme le Zilog Z8000 sont devenues courantes. Certaines longueurs de mots inhabituelles ont également été produites, notamment 12 bits et 20 bits , correspondant souvent à une conception qui avait été précédemment implémentée dans un format multi-puces dans un mini-ordinateur . Ceux-ci avaient largement disparu à la fin de la décennie lorsque les mini-ordinateurs sont passés aux formats 32 bits .

La loi de Moore poussant l'industrie vers des conceptions de puces de plus en plus complexes, le passage généralisé attendu des conceptions 8 bits des années 1970 aux conceptions 16 bits n'a presque pas eu lieu ; à la place, de nouvelles conceptions 32 bits comme le Motorola 68000 et le National Semiconductor NS32000 sont apparues, offrant des performances bien supérieures. La seule utilisation généralisée des systèmes 16 bits a été dans le PC d'IBM , qui avait choisi l' Intel 8088 en 1979 avant que les nouvelles conceptions ne soient arrivées à maturité.

Un autre changement fut le passage aux portes CMOS comme principale méthode de construction de processeurs complexes. Le CMOS était disponible depuis le début des années 1970 ; RCA a introduit le processeur COSMAC utilisant le CMOS en 1975. Alors que les systèmes antérieurs utilisaient un seul transistor comme base pour chaque « porte », le CMOS utilisait une conception à deux faces, ce qui le rendait essentiellement deux fois plus cher à construire. Son avantage était que sa logique n'était pas basée sur la tension d'un transistor par rapport au substrat de silicium, mais sur la différence de tension entre les deux côtés, qui était détectable à des niveaux de puissance beaucoup plus faibles. Alors que la complexité des processeurs continuait de croître, la dissipation de puissance était devenue une préoccupation importante et les puces étaient sujettes à la surchauffe ; le CMOS a considérablement réduit ce problème et a rapidement pris le dessus sur le marché. Cela a été facilité par l'adoption du CMOS par les entreprises japonaises tandis que les entreprises américaines restaient sur le nMOS, donnant à l'industrie japonaise une avancée majeure au cours des années 1980.

Les techniques de fabrication des semi-conducteurs ont continué à s'améliorer. Le Micralign, qui avait « créé l'industrie moderne des circuits intégrés », était obsolète au début des années 1980. Il a été remplacé par les nouveaux steppers , qui utilisaient des grossissements élevés et des sources lumineuses extrêmement puissantes pour permettre de copier un grand masque sur la plaquette à des tailles toujours plus petites. Cette technologie a permis à l'industrie de passer sous la limite antérieure de 1 micron.

Les principaux ordinateurs domestiques du début de la décennie utilisent principalement des processeurs développés dans les années 1970. Des versions du 6502, commercialisées pour la première fois en 1975, équipent les ordinateurs Commodore 64 , Apple II , BBC Micro et Atari 8 bits . Le Zilog Z80 8 bits (1976) est au cœur des systèmes ZX Spectrum , MSX et bien d'autres. L'IBM PC basé sur le 8086, lancé en 1981, marque le début du passage au 16 bits, mais est rapidement dépassé par le Macintosh 16/32 bits basé sur le 68000 , puis par l' Atari ST et l'Amiga . Les compatibles IBM PC passent au 32 bits avec l'introduction de l' Intel 80386 à la fin de 1985, bien que les systèmes basés sur le 386 soient considérablement coûteux à l'époque.

En plus de la longueur des mots toujours croissante, les microprocesseurs ont commencé à ajouter des unités fonctionnelles supplémentaires qui étaient auparavant des composants externes optionnels. Au milieu de la décennie, les unités de gestion de mémoire (MMU) sont devenues monnaie courante, apparaissant pour la première fois sur des modèles comme l' Intel 80286 et le Motorola 68030. À la fin de la décennie, les unités à virgule flottante (FPU) ont été ajoutées, apparaissant pour la première fois sur l'Intel 486 de 1989 , suivies l'année suivante par le Motorola 68040 .

Un autre changement qui a commencé dans les années 1980 concernait la philosophie de conception globale avec l'émergence de l' ordinateur à jeu d'instructions réduit , ou RISC. Bien que le concept ait été développé pour la première fois par IBM dans les années 1970, la société n'a pas introduit de systèmes puissants basés sur celui-ci, en grande partie par crainte de cannibaliser ses ventes de systèmes centraux plus volumineux. L'introduction sur le marché a été menée par des sociétés plus petites comme MIPS Technologies , SPARC et ARM . Ces sociétés n'avaient pas accès à la fabrication haut de gamme comme Intel et Motorola, mais étaient capables de lancer des puces qui étaient très compétitives par rapport à ces sociétés avec une fraction de la complexité. À la fin de la décennie, chaque grand fournisseur introduisait sa propre conception RISC, comme l' IBM POWER , l'Intel i860 et le Motorola 88000 .

Le microprocesseur 32 bits a dominé le marché grand public dans les années 1990. La vitesse d'horloge des processeurs a plus que décuplé entre 1990 et 1999, et les processeurs 64 bits ont commencé à émerger plus tard dans la décennie. Dans les années 1990, les microprocesseurs n'utilisaient plus la même vitesse d'horloge pour le processeur et la RAM . Les processeurs ont commencé à avoir une vitesse d'horloge de bus frontal (FSB) utilisée pour la communication avec la RAM et d'autres composants. En règle générale, le processeur lui-même fonctionnait à une vitesse d'horloge qui était un multiple de la vitesse d'horloge du FSB. Le Pentium III d'Intel, par exemple, avait une vitesse d'horloge interne de 450 à 600 MHz et une vitesse d'horloge du FSB de 100 à 133 MHz. Seule la vitesse d'horloge interne du processeur est indiquée ici.

Les processeurs 64 bits sont devenus courants dans les années 2000. Les vitesses d'horloge des microprocesseurs ont atteint un plafond en raison de la barrière de dissipation thermique . Au lieu de mettre en œuvre des systèmes de refroidissement coûteux et peu pratiques, les fabricants se sont tournés vers le calcul parallèle sous la forme du processeur multicœur . L'overclocking a ses racines dans les années 1990, mais a pris son essor dans les années 2000. Les systèmes de refroidissement standard conçus pour les processeurs overclockés sont devenus courants, et le PC de jeu a également fait son apparition. Au cours de la décennie, le nombre de transistors a augmenté d'environ un ordre de grandeur, une tendance qui s'est poursuivie depuis les décennies précédentes. Les tailles de processus ont diminué d'environ quatre fois, passant de 180 nm à 45 nm.

Une nouvelle tendance apparaît, le module multi-puces composé de plusieurs chiplets . Il s'agit de plusieurs puces monolithiques dans un seul boîtier. Cela permet une meilleure intégration avec plusieurs puces plus petites et plus faciles à fabriquer.