工程愛好者在古老的惠普軟碟機中發現非同尋常的藍寶石矽晶片
Ken Shirriff 是一位積體電路逆向工程愛好者,喜歡修復老式電腦和設備。在維修一個八吋惠普軟驅時,這位電腦歷史學家發現了一種幾乎被時代淘汰的過時製造技術。Shirriff 在他的部落格上解釋說,這個舊軟碟機的介面晶片壞了。他決定對其進行解密並拍攝了照片。此晶片的基底很特別,由藍寶石基底、矽元件和金屬線路組成。
Shirriff 指出,這種”藍寶石矽”晶片部分是透明的,其設計功能是作為惠普接口總線(HP-IB)和Z80 處理器之間的接口,而Z80 處理器是軟驅控制器的中樞。
藍寶石矽基晶片是一種PHI(處理器到HP-IB 介面)元件,用於惠普的各種產品,以管理介面匯流排和裝置微處理器之間的匯流排協定和緩衝資料。藍寶石基板賦予了晶片獨特的功能,Shirriff 在他的文章中對此進行了詳細闡述。
與普通積體電路不同,晶片上的電晶體是完全隔離的,因為藍寶石基板是絕緣體。這意味著晶體管之間的電容減少了,從而提高了性能,並提供了對抗輻射與低阻抗短路的保護。
由於藍寶石矽具有天然的抗輻射硬化能力,自1963 年或更早以來,包括伽利略探測器在內的太空船就開始使用藍寶石矽結構。Shirriff 將PHI 晶片與70 年代的其他處理器進行了比較,後者是由藍寶石基底和純矽基底製成的。
據這位歷史學家稱,惠普公司1977 年推出的MC2 16 位元處理器採用了藍寶石矽技術,擁有10000 個晶體管,運行頻率為8 兆赫茲,功耗僅350 毫瓦。相較之下,1978 年的英特爾8086 16 位元CPU 是在”普通”矽基板上使用NMOS 而非CMOS 製造製程實現的。該晶片有29000 個晶體管,最初的運行頻率為5 兆赫,功耗高得多,達到了2.5瓦。
雖然藍寶石基板在性能和功耗方面具有一定優勢,但正如Shirriff 的研究證實的那樣,藍寶石基板上的晶體管密度不如矽基板。此外,矽和藍寶石之間的”晶體不相容性”也為製造帶來了挑戰,導致惠普的成品率只有9%。這一困難很可能對矽成為隨後幾年積體電路製造的首選材料起到了重要作用。