Una historia de los primeros microcontroladores, Parte 5: El Motorola 6801

El grupo de componentes de semiconductores de Motorola, Motorola Semiconductor, llegó tarde a la fiesta de los microprocesadores en más de un sentido. La compañía nunca desarrolló una tecnología de proceso PMOS exitosa, por lo que enviaba diseños de chips LSI personalizados, como chips de calculadora para clientes, a otros fabricantes de semiconductores como Mostek y AMS (Advanced Memory Systems). A pesar de ser líder en la fabricación de circuitos integrados bipolares, con sólidas familias de chips lógicos RTL, DTL, TTL y ECL, la empresa carecía de una tecnología de proceso PMOS LSI, por lo que Motorola no pudo abordar el diseño y la fabricación de chips grandes como microprocesadores hasta que las circunstancias forzó el asunto. Cuando desarrolló un microprocesador, el Motorola 6800 de 8 bits, la arquitectura bien pensada tuvo éxito como microprocesador y luego pasó a décadas de éxito adicional como arquitectura fundamental para múltiples familias de microcontroladores.

C. Lester (Les) Hogan dejó Motorola Semiconductor en 1968 para convertirse en presidente de Fairchild Semiconductor. Siete altos ejecutivos (todos los altos ejecutivos excepto uno) de Motorola Semiconductor renunciaron para seguir a Hogan, quien rápidamente encontró nuevos puestos para ellos en Fairchild. Inicialmente, Hogan no estaba interesado en dirigir Fairchild, por lo que rechazó el puesto cuando se le ofreció por primera vez. El negocio de semiconductores de Motorola ya era más grande que el de Fairchild. Además, Fairchild estaba enviando talento a otras empresas de semiconductores y nuevas empresas en Silicon Valley. Era una situación fea y Hogan lo sabía. Así que Fairchild envió a su fundador, Robert Noyce, a Phoenix, Arizona, para reclutar a Hogan. Era un gran vendedor, recuerda Hogan.

Hogan aceptó y negoció un paquete de compensación masivo (en ese momento) para él. Él y sus siete ejecutivos dejaron Motorola y se fueron a Silicon Valley para tratar de detener la hemorragia en Fairchild. Irónicamente, Noyce dejó Fairchild Semiconductor para fundar Intel con Gordon Moore poco después de que se uniera Hogan. Según los informes, Noyce estaba comprensiblemente molesto porque no le habían ofrecido el puesto más alto en Fairchild Semiconductor, la compañía que había cofundado en 1957, y ya le había hecho saber a Hogan que se iba antes de que Hogan aceptara el nuevo puesto. Hogan y su equipo lograron enderezar el buen rumbo de Fairchild Semiconductor, pero la partida de casi todos sus altos ejecutivos dejó al grupo de semiconductores de Motorola algo a la deriva, con sus planes estratégicos en desorden.

Esta decapitación gerencial de 1968 indudablemente retrasó proyectos de desarrollo clave en semiconductores de Motorola, como el desarrollo de una tecnología de proceso PMOS en funcionamiento. La falta de un proceso de este tipo significaba que no podía haber proyectos LSI ambiciosos en los libros, a excepción de los pocos proyectos LSI personalizados presentados por los vendedores y el departamento de marketing.

Tres años más tarde, en 1971, Tom Bennett se incorporó a Motorola Semiconductor para ayudar a introducir a la empresa en el negocio de los chips para calculadoras. Era el negocio de chips LSI más popular en ese momento. Fue el negocio lo que impulsó a Texas Instruments a desarrollar el chip de calculadora programable TMS1802NC, el primer chip que podría denominarse microcontrolador de un solo chip. Tenía bastante experiencia en diseño de computadoras y había visto las primeras ideas de diseño para el microprocesador Intel 4004 en 1969. Cuando Bennett se unió a Motorola, la compañía había desarrollado un enfoque rudimentario y de abajo hacia arriba para el desarrollo de proyectos que era lo suficientemente bueno como para permitir el desarrollo de una tecnología de proceso NMOS LSI y el primer microprocesador de Motorola, el 6800.

Jeff LaVell se unió a Motorola en 1966 después de trabajar en Collins Radio en la computadora C8500 de la compañía, donde aprendió sobre el desarrollo de arquitecturas de computadoras. El C8500 de Collins se había creado con chips lógicos ECL de Motorola y la versión de producción usaba chips SUHL TTL de Sylvania, para los cuales Motorola era una segunda fuente. Como resultado, LaVell estaba muy familiarizado con Motorola cuando él y su esposa decidieron mudarse a Phoenix. Se incorporó a Motorola como ingeniero de aplicaciones para la organización de marketing de la industria informática de la empresa.

Parte del trabajo de LaVell consistía en trabajar con las principales empresas informáticas, como CDC (Control Data Corporation), DEC (Digital Equipment Corporation) y Cray, y ver dónde podía ayudar una empresa de semiconductores como Motorola. Se presentó una gran oportunidad: equipo periférico de computadora. Este equipo necesitaba funciones altamente integradas para minimizar el costo, la cantidad de chips, el tiempo de diseño y el consumo de energía. Este mercado era ideal para un microprocesador con una familia completa de chips de soporte.

Bill Lattin obtuvo una maestría de la Universidad de California en Berkeley en 1969, donde participó como oyente en una clase de física de semiconductores impartida por Andy Grove de Intel. Ya había planeado mudarse a Phoenix para terminar su doctorado en la Universidad Estatal de Arizona y había tomado un puesto en Motorola Semiconductor y terminó en el grupo de desarrollo de procesos MOS de la compañía después de rotar por algunos otros departamentos. Se convirtió en Gerente de Diseño del grupo, donde se hizo cargo de las herramientas CAD de la empresa y del desarrollo de nuevos diseños de chips MOS. También abordó los problemas de Motorola con la tecnología de proceso MOS existente y el desarrollo de nuevos procesos MOS.

Juntos, Bennett, LaVell y Lattin definieron un microprocesador y una familia de dispositivos de soporte para ser fabricados utilizando una tecnología de proceso NMOS aún por desarrollar. Entre las 15 o más fichas que definieron están:

Un equipo de Motorola acudió a una larga lista de empresas, incluidas un par de divisiones de HP, dos divisiones de TRW, NCR (caja registradora nacional) y CDC, para vender la idea del nuevo conjunto de chips de microprocesador de Motorola. Empezaron a tener tracción. Un pedido potencial de CDC por 200,000 piezas puso el proyecto en los libros. El diseño lógico comenzó en 1972. El diseño de los primeros cinco chips (microprocesador, RAM, ROM, PIA y ACIA) se realizó hasta 1973. Las primeras partes, que en su mayoría funcionaban pero tenían algunos errores, llegaron en febrero de 1974. Los clientes tenían los chips trabajando en sus sistemas en junio de 1974.

En la transcripción del panel de historia oral del Motorola 6800 del Computer History Museum, una de las primeras visitas de Bennett a un cliente para ver los primeros sistemas en funcionamiento realmente me llamó la atención:

"Y en junio, fui a HP en Loveland, creo, y vi un sistema un viernes por la tarde. Y esta cosa fue simplemente increíble a lo que la habían reducido, porque [mostraron] su antes y el después. Y ellos se estaban preparando esa noche para ir a un parque allá arriba, porque había un camión Coors parado allí cargado con cerveza para ellos. Y luego nos subimos al avión para regresar, y ellos continuaron. Pero lo tenían en marcha. así de rápido".

Exactamente un año después, me uniría al laboratorio de esa división de HP, la División de Productos de Calculadoras de Loveland. El sistema prototipo que Bennett describe en la historia oral es claramente el prototipo del proyecto CJ, que se convertiría en la calculadora de escritorio programable y controlador de instrumentos HP 9815A, presentado en 1975.

La calculadora y controlador de escritorio programable HP 9815A fue uno de los primeros productos basados ​​en el microprocesador MC6800 de Motorola. Crédito de la imagen: Fred Wenninger y HP9825.com

El conjunto de chips del microprocesador MC6800 se convirtió rápidamente en un éxito. No era un microcontrolador, pero el conjunto de chips múltiples en conjunto entregó las funciones de un microcontrolador. Todo lo que se necesitaba era integrar los cinco dispositivos iniciales en el conjunto de chips en una sola pieza de silicio. Motorola anunció ese microcontrolador, el MC6801, en 1977. El MC6801 tiene una CPU 6800 ligeramente mejorada, que incluía una instrucción de multiplicación, a pedido del cliente principal, General Motors (GM). GM usó inicialmente el microcontrolador MC6801 para el medidor de viaje digital TripMaster en el Cadillac Sevilla de 1978. Era una opción de fábrica muy costosa de $ 920.

General Motors ofreció una computadora de viaje TripMaster basada en el microcontrolador Motorola 6801 como una opción de fábrica de $920 en su Cadillac Sevilla de 1978. Crédito de la imagen: sv1ambo, Wikimedia Commons

El TripMaster permitió a Motorola poner su nariz debajo de la tienda de GM, y GM desarrolló un sistema de control de circuito cerrado basado en un microcontrolador para un carburador, para ayudar a sus automóviles a cumplir con los nuevos estándares gubernamentales para el consumo de combustible y las emisiones del tubo de escape. En la segunda mitad de 1980, GM incorporaba 25 000 microcontroladores Motorola en sus automóviles todos los días, lo que ayudó a Motorola Semiconductor a sobrevivir a la recesión de 1980/1981.

El microcontrolador Motorola 6801 generó una larga línea de familias de microcontroladores arquitectónicamente similares, incluido el MC6805, una versión CMOS del MC6805 llamada MC146805, MC68HC05, MC68HC08, MC68HC11 y MC68HC12. A medida que las tecnologías de proceso mejoraron, Motorola siguió la Ley de Moore al introducir microcontroladores con más RAM, más ROM, más periféricos en el chip y más capacidades de E/S. Estos microcontroladores llegaron a los buscapersonas y teléfonos móviles que fabricaba la empresa matriz de Motorola Semiconductor, Motorola. Los microcontroladores de Motorola se enviaron en grandes volúmenes. Eventualmente, Motorola escindió su grupo de semiconductores como Freescale, que se fusionó con NXP en 2015. El sitio web de NXP todavía enumera varios microcontroladores derivados de la arquitectura original del microprocesador MC6800, casi medio siglo después de la introducción del MC6800.

Hay otro legado de microcontroladores que vale la pena mencionar para el microprocesador MC6800. Motorola necesitaba segundas fuentes para darle credibilidad a la pieza con algunos clientes, y seleccionaron a AMI (American Microsystem Inc) como su segunda fuente inicial. En Japón, Hitachi también se convirtió en una segunda fuente para el MC6800, lo que ayudó a la empresa a entrar en el negocio de los microprocesadores. Eventualmente, la compañía desarrolló una versión CMOS de bajo consumo del microcontrolador Motorola MC6801 llamado HD6301, que generó muchas nuevas familias de microcontroladores, ahora disponibles bajo la marca Renesas.

Referencias

"El hombre detrás del microchip: Robert Noyce y la invención de Silicon Valley", Leslie Berlin, Oxford University Press, 2005.

Panel de historia oral sobre el desarrollo y la promoción del microprocesador Motorola 6800, Museo de Historia de la Computación, 28 de marzo de 2008

Entrevista con C. Lester Hogan, 24 de enero de 1995, Silicon Genesis: Oral Histories of Semiconductor Technology, Stanford Libraries.