フェアチャイルド 9440

Fairchild 9440 MICROFLAME は、 F9440やμFLAMEとも呼ばれ、1977 年にFairchild Semiconductor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に実装しました。「MICROFLAME」という名前は、開発ソフトウェア システムである「FIRE」と呼ばれるより広範なブランド化の一環でした。

更新版の 9445 は 1978 年に発表されましたが、市場に登場したのは 1981 年後半でした。この頃までに、16 ビット設計は32 ビット設計やMotorola 68000などのハイブリッドに追い抜かれつつあり、フェアチャイルドは独自の 32 ビットフェアチャイルド クリッパー設計に目を向け始めました。9445 の基盤となるコアは、新しいマイクロコードを使用してMIL-STD-1750A命令セットを実装した 9450 の実装にも使用されました。

9440 と 9445 は、 Data General (DG)から頻繁に訴訟を起こされ、両社に悪影響を及ぼしました。DG は、1986 年 9 月に Fairchild に 5,200 万ドル以上を支払うことで、最終的にすべての訴訟を解決しました。この期間中、Fairchild は何度も買収され、 1987 年にNational Semiconductorに売却されました。National は 9445 の生産を終了し、多くのユーザーが困窮しました。このニーズを満たすために、最終バージョンの IDC9445 が導入されました。

Data General Novaは 1969 年に発表され、15 x 15 インチのプリント基板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、基板のサイズとコストを削減するために、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 ビットの命令を完了するのに 4 マシン サイクルが必要だったことを意味しますが、システムはDigital Equipment Corporation (DEC) やHewlett-Packardの競合ミニコンピュータよりもはるかに安価でした。NOVA は非常に成功し、1970 年代にはミニコンピュータ市場で DEC に次ぐ第 2 位の地位に DG を押し上げました。^[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倍の速度で動作しました。これは、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他の変更によってさらに強化され、SuperNOVAはしばらくの間最速のミニとなりました。これはまた、同じ基本命令セットアーキテクチャ（ISA）を実装する2つの異なる中央処理装置設計があることを意味しました。両方の設計の開発が続くにつれて、2つは、もともと低速ハードウェアで動作していた既存のマシンに高速バージョンをドロップできるように変更されました。これがNOVA 2、3、4シリーズにつながりました。

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高まっていきました。当初は 4 ビット、次いで 8 ビットの CPU だけが 1 つのチップで簡単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IMP-16 を発表しました。これは、わずか 5 個の IC のセットで NOVA のようなシステムを実装したものです。翌年、同社のPACE はそれを 1 個の IC にまで縮小しました。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の 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されました。これは 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、または完全にパッケージ化された NOVA マシンとして購入できました。個々のチップは 225 ドルで販売され、100 個ロットで 95 ドルでした。^[2]しかし、後に 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技術を使用して実装されたため、電源から 4 つの個別の入力電圧が必要でした。^[1]また、内部クロックがないため、システム側で 2 相クロック信号を提供して駆動する必要がありました。動作速度はかなり低く、通常は 240 ns クロック (~4.2 MHz) を使用して、2.4 ～ 10 μs で命令を完了しました。^[3]これにより、バス性能の制限と相まって、システムはオリジナルの Nova の約半分の速度で動作しました。^[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の新しいDG所有の工場で製造されたmicroNOVAで終了しました。^[2]

歴史的記録には記載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製造することを決定した。裁判所はCPUの命令セットは著作権の対象ではないと既に決定しており、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テストされていた。DGは、DG設計に類似したIMP-16とPACEの導入についても何もしなかった。^[4]

フェアチャイルドは、Nova の新しい実装が法的に問題ないと信じる十分な理由がありました。驚いたことに、DG は 1977 年に訴訟を起こしました。デザイン侵害ではなく、フェアチャイルドが DG の顧客にライセンス契約を破るよう誘惑していると主張しました。ライセンス契約では、DG ソフトウェアは DG ハードウェアでのみ実行できると規定されていました。翌年、フェアチャイルドは DG のライセンスが反競争法に違反していると主張して反訴しました。^[3]

9440はmN601よりはるかに高価だった。前者はソフトウェアパッケージを含めて100個ロットで395ドルで販売されたが^[5]、後者は同じ数量で95ドルだった。高価格と訴訟が重なり、9440は売れ行きが悪く、フェアチャイルドの通常のパートナーからはセカンドソースとして引き取られなかった^{[4] 。}

1978年に更新版の9445が発表された。新しい2ミクロンプロセスを使用して、9445はNOVA 3命令セットをマイクロコードで実装し、ハードウェア乗算と除算を内蔵し、最大128kワードのアドレス指定を追加した。オリジナルのNOVAとほぼ同じ速度で動作した9440とは対照的に、9445は非常に高速で、フェアチャイルドは実際のNOVA 3よりも10倍高速に動作すると主張した。^[4]

生産上の問題により、市場投入は大幅に遅れた。これは、この時点で試みられた最大のバイポーラCPUの1つであった。9445は、1981年後半に16MHzでようやく出荷が開始され、後に20MHzと24MHzに改善された。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、Novaベースのマシンはすべて時代遅れになっていた。^[4]

DG は再び訴訟を起こし、最終的に 11 件の訴訟が進行中となった。もともと石油サービス会社だったが事業拡大を目指していたSchlumberger は、1979 年に Fairchild を買収した。これは Fairchild が十分な資本を有していたことを意味し、訴訟と戦い続けた。1986 年、ミニコンピュータ市場が崩壊し、新しいIBM PC設計が市場を席巻し始めたため、DG は和解を決定した。1986 年 9 月、DG は Fairchild に 5,250 万ドルを支払うことに同意した。この頃には NOVA ラインは製造中止となり、9445 への関心はとっくに冷め切っていた。^[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]

PC用の9445ベースのアドインボードを製造していたStrobe Dataは、IC Designsと契約してICD9445の生産を継続した。このバージョンは1.25μm CMOS形式で製造され、1990年に出荷が開始された。このバージョンは9445の約2倍の速度で動作し、これまでで最速のNovaとなった。^[4]

NMOS 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、I ³ L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）システムであったため、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まで高速化も可能になった。mN601はオリジナルのNovaの約半分の速度で動作したのに対し、9440はNova 1200とほぼ同じ速度で動作した。また、クロックジェネレータと発振器を統合したため、追加の外部クロックサポートは不要になったが、外部クロックが提供されていればそれを読み取ることはできた。mN601と同じ40ピンDIPで出荷された。^[6]

内部的には、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、「Data General 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 モデルが 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がなかった。また、mN601 のハードウェア乗算器と除算器もなかったが、オプションの 9443 特殊機能ユニットで追加できた。9441 メモリ コントロール ユニット (MCU) と 9442 I/O コントロール ユニットで完全なシステムが完成した。9440 とは特に関係ないが、フェアチャイルドは4 kB 93481 と 16 kB 93483という適切なダイナミック RAMチップ (DRAM) も販売していた^。[9]

mN601 と 9440 の間には、他に 2 つの大きな違いがあります。9440 にはDMA プロセスの開始と終了を示す直接メモリ アクセス(DMA) 信号が含まれていましたが、そ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す。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、プロセッサ自体がメモリ位置 0001 のアドレスを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 には内部DRAM リフレッシュシステムがあり、20,000 内部サイクルごとにリフレッシュを実行しました。9440 には内部にこれがなく、9441 に任されていました。^[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は、もはやMICROFLAMEとは呼ばれていないが、9440の大きな進歩であった。重要な変更点の1つは、3ミクロンから2ミクロンの機能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築できるようになり、動作速度を9440の2倍の24MHzに向上させることができた。^[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 32 kWord から 128 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、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、16、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]

フェアチャイルドは、9445と同じプロセッサ設計を異なるマイクロコードで使用して9450を製造した。これはNovaの代わりにMIL-STD-1750A命令セットを提供した。これは1985年に市場に登場し、他のほとんどの1750A実装ではオプションの外部チップである組み込みの数学プロセッサを提供した。^[4]

• 「MicroNova マイクロコンピュータ ファミリ」(PDF)。Microcomputer Digest。1976 年 7 月。
• 9440 MICROFLAME (技術レポート)。フェアチャイルドセミコンダクター。1978 年。
• Fairchild マイクロコンピュータ(PDF) (技術レポート)。Fairchild Semiconductor。
• Osborne 16 ビット マイクロプロセッサ ハンドブック(PDF) . Osborne/McGraw-Hill. 1981 年.
• 「ミニコンピュータがマイクロコンピュータになるとき: DGC microNOVA mN601 および 602」。CPU Shack。2014年 11 月 21 日。
• 「今日のCPU: Fairchild F9445: MicroFlameが燃え尽きる」。CPU Shack。2017年11月14日。