MOS Technology: История и вклад в микроэлектронику

Введение

Полупроводниковая компания, базирующаяся в штате Пенсильвания, США.

Компания MOS Technology, Inc. ("MOS" – сокращение от Metal Oxide Semiconductor), позже известная как CSG (Commodore Semiconductor Group) и GMT Microelectronics, была компанией, занимающейся разработкой и производством полупроводников, расположенная в Одубоне, штат Пенсильвания. Она наиболее известна своим микропроцессором 6502 и различными разработками для линейки домашних компьютеров Commodore International.

История

Три бывших руководителя General Instrument, Джон Пейвинен, Морт Джаффе и Дон Маклафлин, основали MOS Technology в Валли Фордж, штат Пенсильвания, в 1969 году. Компания Allen Bradley Company искала поставщика, который мог бы обеспечить второй источник электронных калькуляторов и чипов, разработанных Texas Instruments (TI). В 1970 году Allen Bradley приобрела контрольный пакет акций MOS Technology. В начале 1970-х годов TI решила выпустить собственную линейку калькуляторов, вместо того чтобы продавать только чипы для них, и представила их по цене, которая была ниже стоимости самого чипсета. Многие ранние компании, занимавшиеся производством чипов, зависели от продаж чипов для калькуляторов и обанкротились в результате; те, которые выжили, смогли это сделать, найдя другие чипы для производства. MOS стала поставщиком Atari, производя специализированную микросхему для системы Pong. В 1975 году ситуация кардинально изменилась. Несколько разработчиков Motorola 6800 покинули Motorola вскоре после его выпуска, после того как руководство распорядилось прекратить работу над бюджетной версией этой разработки. В то время не существовало специализированных полупроводниковых производств, поэтому им пришлось присоединиться к компании, занимающейся производством чипов, чтобы изготовить свой новый процессор. MOS была небольшой компанией с хорошей репутацией в нужном регионе – на восточном побережье США. Команду из четырех инженеров-конструкторов возглавлял Чак Пэддл, в нее также входил Билл Менш. В MOS они приступили к разработке нового процессора, который должен был превзойти 6800 по производительности, будучи схожим с ним по назначению и значительно более дешевым. В результате разработанный 6501 был несколько похож на 6800, но благодаря ряду упрощений в конструкции 6501 мог быть в четыре раза быстрее.

Подкрепление маски

Предыдущие конструкции процессоров, такие как 6800, производились с использованием устройства, известного как контактный выравниватель. По сути, это был сложный фотокопировальный аппарат, который оптически воспроизводил дизайн процессора, или "маску", на поверхности кремниевой пластины. Название "контактный" отражало тот факт, что маска прижималась непосредственно к поверхности пластины, что имело существенный недостаток: маска могла отрывать материал от пластины, который затем переносился на последующие пластины. Это приводило к тому, что маска становилась непригодной примерно после дюжины копий, и в результате подавляющее большинство пластин оказывалось с критическими дефектами. Для сложного процессора, такого как 6800, работоспособными оказывались лишь около 10% пластин после завершения процесса маскирования. Это позволяло, при обнаружении дефектов в дизайне, извлекать маски из выравнивателя, исправлять их и возвращать обратно, что давало возможность быстро устранять недостатки в исходных масках. Производственные линии компании, как правило, показывали результаты, противоположные тем, которых достигали другие производители; даже первые партии нового дизайна процессора – будущего 6502 – демонстрировали 70-процентный или более высокий процент успешного производства. Это означало, что их конструкции были не только быстрее, но и значительно дешевле в производстве.

6502 семья

Когда 6501 был анонсирован, Motorola почти немедленно подала в суд. Хотя набор инструкций 6501 не был совместим с 6800, его всё же можно было установить в существующие конструкции материнских плат, поскольку он имел такое же функциональное расположение выводов и форм-фактор корпуса. Этого было достаточно, чтобы Motorola смогла подать иск. Allen Bradley выкупил свои акции у основателей, продажи 6501 практически прекратились, и судебный процесс затянулся на многие годы, прежде чем MOS была вынуждена выплатить штрафы. В то же время MOS начала продавать 6502, чип, способный работать на частоте 1 МГц в сентябре 1975 года по невероятно низкой цене. Он был почти идентичен 6501, с лишь несколькими незначительными отличиями: добавленный на кристалле кварцевый генератор, иное функциональное назначение выводов, генерация сигнала SYNC (поддержка пошагового выполнения инструкций) и отсутствие сигналов управления шиной данных (DBE и BA, причём первый напрямую подключен к тактовому сигналу фазы 2). Он превосходил более сложные 6800 и Intel 8080, но стоил значительно дешевле и был проще в использовании. Хотя 6501 имел преимущество в возможности замены Motorola 6800 в существующем оборудовании, 6502 был настолько дешёвым, что быстро стал популярнее 6800, что сделало это преимущество несущественным. 6502 был настолько дешёв, что многие считали это обманом, когда MOS впервые представила его на торговой выставке в 1975 году. Они не знали о технологиях маскировки, используемых MOS, и при расчёте стоимости чипа по текущим отраслевым показателям выхода годных изделий, цифры не сходились. Однако любые сомнения в покупке исчезли, когда Motorola и Intel одновременно снизили цены на свои собственные разработки с p=$ до p=$ на той же выставке, чтобы конкурировать. Эти действия подтвердили легитимность 6502, и к концу выставки деревянная бочка, полная образцов, опустела. 6502 быстро стал одним из самых популярных чипов своего времени. Ряд компаний лицензировали линейку 650x у MOS, включая Rockwell International, GTE, Synertek и Western Design Center (WDC). Было предложено несколько различных версий базового процессора, известных как 6503–6507, в 28-выводных корпусах для снижения стоимости. Различные модели имели меньше сигнальных или адресных выводов. Самым популярным из них был 6507, который использовался в Atari 2600 и дисководах Atari. 6504 иногда использовался в принтерах. MOS также выпустила серию аналогичных процессоров с использованием внешних тактовых генераторов, что отразилось в добавлении "1" к названию в третьей цифре, например, 6512–6515. Они были полезны в системах, где поддержка тактирования уже обеспечивалась на материнской плате другим источником. Завершающим дополнением стал "кроссовер" 6510, использованный в Commodore 64, с дополнительными портами ввода-вывода.

When the 6501 was announced, Motorola launched a lawsuit almost immediately. Although the 6501 instruction set was not compatible with the 6800, it could nevertheless be plugged into existing motherboard designs because it had the same functional pin arrangement and IC package footprint. That was enough to allow Motorola to sue. Allen Bradley sold back its shares to the founders, sales of the 6501 basically stopped, and the lawsuit would drag on for many years before MOS was eventually forced to pay in fines. In the meantime MOS had started selling the 6502, a chip capable of operating at 1 in September 1975 for a mere It was nearly identical to the 6501, with only a few minor differences: an added on chip clock oscillator, a different functional pinout arrangement, generation of the SYNC signal (supporting single instruction stepping), and removal of data bus enablement control signals (DBE and BA, with the former directly connected to the phase 2 clock instead). It outperformed the more complex 6800 and Intel 8080, but cost much less and was easier to work with. Although it did not have the 6501's advantage of being able to be used in place of the Motorola 6800 in existing hardware, it was so inexpensive that it quickly became more popular than the 6800, making that a moot point. The 6502 was so cheap that many people believed it was a scam when MOS first showed it at a 1975 trade show. They were not aware of MOS's masking techniques and when they calculated the price per chip at the current industry yield rates, it did not add up. But any hesitation to buy it evaporated when both Motorola and Intel dropped the prices on their own designs from p=$ to p=$ at the same show in order to compete. Their moves legitimized the 6502, and by the show's end, the wooden barrel full of samples was empty. The 6502 would quickly go on to be one of the most popular chips of its day. A number of companies licensed the 650x line from MOS, including Rockwell International, GTE, Synertek, and Western Design Center (WDC). A number of different versions of the basic CPU, known as the 6503 through 6507, were offered in 28 pin packages for lower cost. The various models removed signal or address pins. Far and away the most popular of these was the 6507, which was used in the Atari 2600 and Atari disk drives. The 6504 was sometimes used in printers. MOS also released a series of similar CPUs using external clocks, which added a "1" to the name in the third digit, as the 6512 through 6515. These were useful in systems where the clock support was already being provided on the motherboard by some other source. The final addition was the "crossover" 6510, used in the Commodore 64, with additional I/O ports.

Commodore Semiconductor Group (Группа полупроводников Commodore)

Как бы ни был успешен 6502, у самой компании возникали проблемы. Примерно в то же время, когда 6502 был выпущен, весь рынок калькуляторных интегральных схем компании MOS рухнул, и поставки её прежних продуктов были прекращены. Вскоре компания столкнулась с серьёзными финансовыми трудностями. Другая компания, Commodore Business Machines (CBM), вложила значительные средства в рынок калькуляторов и также оказалась на грани краха из-за выхода TI на этот рынок. Свежий приток капитала спас CBM и позволил ей инвестировать в поставщиков, чтобы обеспечить бесперебойные поставки интегральных схем в будущем. Среди этих поставщиков были производители светодиодных дисплеев, контроллеров питания и поставщики микросхем драйверов, включая MOS. В конце 1976 года CBM, акции которой котировались на NYSE с рыночной капитализацией около , приобрела MOS (рыночная капитализация которой составляла около ) в обмен на акции. Владельцы акций MOS получили 9,4% акций CBM при условии, что Чак Педдл присоединится к Commodore в качестве главного инженера. Сделка состоялась, и хотя фактически компания стала производственным подразделением Commodore, некоторое время она продолжала использовать название MOS, чтобы не перепечатывать документацию. Впоследствии MOS была преобразована в Commodore Semiconductor Group (CSG). Несмотря на переименование в CSG, все производимые чипы до 1989 года были маркированы старым логотипом "MOS". Ранее MOS разработала простой компьютерный набор KIM 1, в основном для демонстрации возможностей чипа 6502. В Commodore Педдл убедил владельца, Джека Трамиэля, что калькуляторы – это тупик, а домашние компьютеры вскоре станут чрезвычайно популярными. Однако оригинальная группа разработчиков, казалось, была ещё менее заинтересована в работе на Джека Трамиэля, чем на Motorola, и команда быстро начала распадаться. Одним из последствий стало то, что документация на недавно разработанный чип 6522 (VIA) отсутствовала в течение многих лет. Билл Мэнш покинул MOS ещё до поглощения компанией Commodore и вернулся домой в Аризону. После непродолжительной работы в качестве консультанта в местной компании ICE он основал в 1978 году Western Design Center (WDC). Как лицензиат линейки 6502, их первыми продуктами стали исправленные и энергоэффективные CMOS-версии 6502 (65C02, как отдельный чип, так и встроенный в микроконтроллер 65C150). Затем они значительно расширили линейку, представив 65816 – достаточно простое 16-битное обновление оригинального 65C02, которое также могло работать в 8-битном режиме для обеспечения совместимости. С тех пор WDC перевела большую часть оригинального каталога MOS на CMOS, и 6502 оставался популярным процессором для рынка встраиваемых систем, таких как медицинское оборудование и контроллеры приборных панелей автомобилей.

However successful the 6502 was, the company itself was having problems. At about the same time the 6502 was being released, MOS's entire calculator IC market collapsed, and its prior existing products stopped shipping. Soon they were in serious financial trouble. Another company, Commodore Business Machines (CBM), had invested heavily in the calculator market and was also nearly wiped out by TI's entry into the market. A fresh injection of capital saved CBM, and allowed it to invest in company suppliers in order to help ensure their IC supply would not be upset in this fashion again. Among the several companies were LED display manufacturers, power controllers, and suppliers of the driver chips, including MOS. In late 1976, CBM, publicly traded on the NYSE with a market capitalization around , purchased MOS (whose market cap was around ) in an all stock deal. Holders of MOS received a 9.4 percent equity stake in CBM on the condition that Chuck Peddle would join Commodore as chief engineer. The deal went through, and while the firm basically became Commodore's production arm, they continued using the name MOS for some time so that manuals would not have to be reprinted. After a while MOS became the Commodore Semiconductor Group (CSG). Despite being renamed to CSG, all chips produced were still stamped with the old "MOS" logo until 1989. MOS had previously designed a simple computer kit called the KIM 1, primarily to "show off" the 6502 chip. At Commodore, Peddle convinced the owner, Jack Tramiel, that calculators were a dead end, and that home computers would soon be huge. However, the original design group appeared to be even less interested in working for Jack Tramiel than it had for Motorola, and the team quickly started breaking up. One result was that the newly completed 6522 (VIA) chip was left undocumented for years. Bill Mensch left MOS even before the Commodore takeover, and moved home to Arizona. After a short stint consulting for a local company called ICE, he set up the Western Design Center (WDC) in 1978. As a licensee of the 6502 line, their first products were bug fixed, power efficient CMOS versions of the 6502 (the 65C02, both as a separate chip and embedded inside a microcontroller called the 65C150). But then they expanded the line greatly with the introduction of the 65816, a fairly straightforward 16 bit upgrade of the original 65C02 that could also run in 8 bit mode for compatibility. Since then WDC moved much of the original MOS catalog to CMOS, and the 6502 continued to be a popular CPU for the embedded systems market, like medical equipment and car dashboard controllers.