National Medal of Technology and Innovation a Federico Faggin

Federico Faggin, Marcian E. “Ted” Hoff e Jr., Stanley Mazor sono stati insigniti della National Medal of Technology and Innovation.

L’onore, concesso direttamente dal Presidente, premia chi ha dato sostanziali contributi all’innovazione e alla tecnologia.

Federico Faggin, cittadino americano di origini vicentine, è uno degli inventori accreditati del moderno microprocessore.

La sua prima CPU, l’Intel 4004, riporta le sue iniziali impresse nel silicio.

Nel comunicato stampa della Casa Bianca il Presidente ha commentato “The extraordinary accomplishments of these scientists, engineers, and inventors are a testament to American industry and ingenuity, their achievements have redrawn the frontiers of human knowledge while enhancing American prosperity, and it is my tremendous pleasure to honor them for their important contributions.”

Autore: Luigi Rosa

Consulente IT, sviluppatore, SysAdmin, cazzaro, e, ovviamente, geek.

5 pensieri riguardo “National Medal of Technology and Innovation a Federico Faggin”

  1. Intervengo sull’argomento e sul contributo di Faggin alla realizzazione del primo microprocessor (o forse per essere più esatti, del mezzo-microprocessor). Faggin è “uno dei papà del primo microprocessore, il 4004 di Intel”. Questo è vero., ma non è uno degli inventori dei microprocessor. Il microprocessor come idea non era e non è brevettabile. Le idee non sono mai brevettabili ma solo la loro realizzazione. L’idea di avere in unico chip un’intera funzione (come il microprocessor) era di tutti. Era il tred tecnologico che portava a questa richiesta. Gli architetti, come il sottoscritto, chiedevano ai tecnologi di integrare sempre più funzione in un chip, in modo di avere a disposizione sempre più funzioni prefabbricate (per fare un paragone è come per costruttori di auto di formula 1, che invece di ricevere pistoni, bielle, cilindri , ricevono il motore già bello e fatto da un costruttore di motori) . Nella storia dei computers solo due sono stati gli eventi che hanno rivoluzionato i computer; la scoperta (casuale)/invenzione del transistor (Bell Lab) e l’invenzione brevettata del “transistor PLANAR” da parte Jean Hoerni della Fairchild che ha permesso la realizzazione dei circuiti integrati. Il resto è stato solo un’evoluzione natutale dell’integrazione. Il primo che è riuscito a mettere dentro un chip tutto il necessario per l’elaborazione dei dati non ha gran merito (casomai il merito ce l’hanno i costruttori delle atrezzature (fisici, meccanici e ottici) per produrre transistors sempre più piccoli). Innanzitutto l’Intel ha brevettato solo alcuni aspetti secondari del 4004 e non certo il microprocessor che come inventore formale è stato riconosciuto Gilbert Hyatt (brevetto del 1990, ma la richiesta risaliva al 1970, che descriveva una possibile realizzazione – se fosse stata l’unica possibile soluzione sarebbe il più ricco del mondo, in realtà dal suo brevetto non ha avuto praticamente royalty). Nel 4004 Faggin era il tecnologo che aveva portato dalla Fairchild la tecnologia necessaria e che aveva il compito della realizzazione fisica, l’architetto era Ted Hoff e Mozar si occupava del software. Dovevano realizzare una calcolatrice su richiesta dalla Busicom Corp. (lo schema di questa calcolatrice lo si può trovare in :http://gizmodo.com/5089345/replica-4004-calculator-features-first-intel-microprocessor-used-by-mankind). Il 4004 era un mezzo-microprocessor perché trattava solo numeri e perciò usava solo 4 bits (per un vero microprocessor sono necessari minimo 6 /8 bits per trattare anche i anche i caratteri – vedi la storia del bytes da me personalmente scritta in Wikipedia, sia in italiano che in inglese – http://it.wikipedia.org/wiki/Byte, http://en.wikipedia.org/wiki/Byte). Ted Hoff era riuscito a progettarla con solo 4 chips (uno era il 4004). L’Intel considera Ted Hoff il realizzatore del del primo microprocessor (non l’inventore perché non ha alcun brevetto in merito). Certamente Ted Hoff fu il principale artefice del 4004 perché era l’architetto che l’aveva ideato. Inizialmente l’Intel ha tentato di accreditarsi come inventore del microproccessor, poi però ha desistito di fronte alla realtà e si è accontentato di dichiarare di essere stato il primo a realizzarlo (perchè era solo un 4-bit mentre Motorola e altri lavoravano per un 8 bit).

  2. Federico Faggin inventor of Silicon Gate Technology, Buried Contact,
    Bootstrap Load and eventually Microprocessor.

    Federico Faggin was born in Vicenza (Italy) the 01.12.1941. After graduation
    at the Istituto Tecnico Industriale A. Rossi, at the age of 19 he joined Olivetti
    where he designed small computers. Left Olivetti he entered the University of
    Padua where in 1966 he got Laurea in Physics summa cum laude. After he
    worked for a short time in SGS (now STm) where he developed his first
    integrated circuits. In 1968 he joined Fairchild Semiconductor where he
    produced the world’s first integrated circuit (Fairchild 3708) using the MOS
    silicon gate technology. Faggin created the Silicon Gate Technology, after
    the pioneering works by Tom Klein at Bell Labs, in 1968 while working in the
    R&D Laboratories of Fairchild Semiconductor in Palo Alto, CA. The Silicon
    Gate Technology was the worldʼs first commercial MOS self-aligned-gate
    process. Before this technology, the control gate of the MOS transistor was
    made with aluminum instead of polycrystalline silicon. Aluminum-gate MOS
    transistors were three to four times slower, consumed twice as much silicon
    area, had higher leakage current and lower reliability compared with silicongate
    transistors. The Fairchild 3708 was an 8-bit analog multiplexer with
    decoding logic. The first 3708 was fabricated in July 1968 and became
    commercially available in October 1968. In 1968 almost all integrated circuits
    used the bipolar technology much faster than MOS, even if much more
    consuming in terms of power and silicon area. However the advent of the
    Silicon Gate Technology in less than 10 years replaced bipolar technology
    and opened the door for complex circuits and modern electronics. The
    achievement of the performances of the today electronics is essentially due
    the introduction of the MOS Silicon Gate Technology that is: i) fast, ii) low
    power and low silicon area consuming, iii) reliable, iv) fundamental for all the
    new silicon devices: one among all CCD. Two other Faggin’s inventions are
    strictly connected with MOS Silicon Gate technology: the Buried Contact and
    the Bootstrap Load. With the first it was possible to use polycrystalline
    silicon, layer for gates, as additional layer for connection allowing for high
    circuit density, the second allowed to build logic gates with output level equal
    to full supply achieving unprecedented density and speed. All the quoted
    inventions eventually allowed, in 1971, the realization of the first
    microprocessor in the world: Intel 4004. By 1969, the idea of integrating a
    CPU in one or several MOS chips had already been advanced. In fact, a
    couple of implementations of a CPU partitioned in several MOS chips existed
    before the 4004. Although architecting a small computer was well known at
    that time, being able to design a single chip with the required complexity and
    with the necessary speed, power dissipation and small physical size had
    never been done before. The Intel 4004 architecture is essentially due to
    Marcian. E. Hoff but as written in the display in the Intel Museum “Fedrico
    Faggin joined Intel to turn Hoff’s vision into a silicon reality”. It was Fagginʼs
    unique talent in bringing innovation in several diverse fields, generally not
    mastered by a single individual, that made possible the realization in 1971 of
    the worldʼs first microprocessor. The 4004 is the result of combining MOS
    silicon gate technology with buried contacts giving about 4 times the speed
    and half the chip area of MOS metal-gate technology, new MOS design
    methodology (also developed by Faggin), logic and circuit design optimized
    for silicon gate technology (including bootstrap loads, providing the required
    speed-power product for high capacitive circuits). In less than one year Faggin
    and his team, merging all these breakthroughs, delivered the 4004
    fundamental basis for modern electronics, unique support for the today IT.
    The social impact of the microprocessor has been huge: personal computers,
    cellular phones, Internet, and thousands other applications have irreversibly
    changed our society. Contemporary information technology products,
    telecommunication products, cars, planes, trucks, ships, consumer electronic
    products, toys, industrial products, office products, personal hygiene products,
    and so on, each contain one or more microprocessors. Many such products
    were made possible, and many more were much improved by the use of
    microprocessors. Although it is difficult to determine how many
    microprocessors are sold each year, since a large fraction of them are
    incorporated in thousands of different application-specific and custom circuits,
    a conservative estimate is over 25 billion. Even flash memory chips contain
    each a microprocessor to manage the information retention of the memory.
    All the extremely relevant inventions of F. Faggin were achieved in industrial
    context where publishing is not a must and sometimes even
    counterproductive for industrial policy, however Faggin has published many
    articles in both technical and non-technical magazines. He has given more
    than 50 papers at national and international gatherings and is the author or
    co-author of over 20 U.S. and International patents.

    Written in Padova 7th January 2010 by Sandro Centro, Dip. di Fisica,
    Università degli Studi di Padova.

    The principal documents concerning the Fagginʼs inventions are listed in the attached bibliography.

    Bibliography:
    1) Faggin, F., Klein, T., and Vadasz, L. (1968). Insulated Gate Field Effect
    Transistor Integrated Circuits With Silicon Gates. Paper presented by
    Faggin at the IEDM Conference, October 23, 1968;
    2) Faggin, F., Klein T. (1970). Silicon Gate Technology. Solid State
    Electronics, Vol. 13, pp. 1125-1144;
    3) Faggin, F., Klein T. (1969). A Faster Generation Of MOS Devices With
    Low Threshold Is Riding The Crest Of The New Wave, Silicon-Gate
    ICʼs. Electronics, September 29, 1969;
    4) Faggin F., Shima M., Hoff M. E. Jr., Feeney H., Mazor S. The MCS-4 –
    An LSI Microcomputer System, presented by Faggin at the IEEE 1972
    Region Six Conference;
    5) Faggin F., and Hoff M. E. Jr. Standard Parts And Custom Design
    Merge In A Four-Chip Processor Kit. Electronics Magazine, April 24,
    1972;
    6) Faggin, F.; Hoff, M. E. Jr.; Mazor S.; Shima, M., The History of the
    4004. IEEE Micro, December 1996;
    7) Faggin, F. (1992). The Birth Of The Microprocessor. Byte, pp. 145-150,
    March, 1992;
    8) Faggin F., Shima, M., Mazor S., An N-Channel 8-bit Single-Chip
    Microprocessor. IEEE ISSCC, February 1974, pp 56-57;
    9) Shima M., Faggin F., Ungermann, R. (1976). Z80: Chip Set Heralds
    Third Microprocessor Generation. Electronics, August 19, 1976.

  3. 1. Il 4004 non e’ stato un “mezzo-microprocessore,” esattamente come l’ENIAC – considerato da tutti il primo general-purpose computer elettronico — non e’ stato un mezzo-computer, anche se questo poteva operare convenientemente soltanto su numeri decimali. Entrambi sono esempi di universal Turing machines, macchine capaci di fare tutte le funzioni di un general-purpose computer. Il fatto che il 4004 operava su dati binari di 4-bit limitava la sua applicabilita’ pratica, ma essendo un computer general-purpose, poteva eseguire in principio qualsiasi algoritmo eseguibile in un altro general-purpose computer molto piu’ evoluto. Il fatto che il 4004 sia stato applicato in una grande varieta’ di applicazioni di controllo testimonia del fatto che non era limitato soltanto a fare le funzioni di un calcolatore.

    2. Faggin fu non solo il capo del progetto MCS-4 che includeva il 4004 e altri 3 chips usati per le funzioni di memoria e di ingresso-uscita (I/O), ma fu anche il capo del progetto 8008, il primo microprocessore al mondo a 8-bit, introdotto sul mercato in aprile 1972. Una breve storia dell’8008 segue al punto 5.

    3. Prima che la competizione potesse rispondere all’offerta Intel, Faggin concepi’, architetto’ e porto’ a termine, come capo progetto dell’8080, il primo microprocessore a 8-bit di alte prestazioni (ciclo di istruzione di 2 microsecondi rispetto ai 12,5 microsecondi dell’8008). L’8080 fu introdotto in marzo 1974, 5 mesi prima dell’introduzione del Motorola 6800, il terzo microprocessore commerciale a 8-bit del mondo. Quindi, anche se Faggin realizzo’ nel 1971 il primo “mezzo-microprocessore,” egli realizzo’ negli anni successivi due “veri-microprocessori,” secondo il prof. Centro, prima di qualsiasi altro al mondo.

    4. Ted Hoff, assistito da Stan Mazor, e con l’aiuto di Masatoshi Shima, ingegnere della Busicom, defini’ l’architettura del sistema MCS-4, ed il set di istruzioni del 4004. Ma la realizzazione del microprocessore (processo di fabbricazione, progetto logico, progetto circuitale, progetto di layout, eccetera) fu opera di Faggin, non di Hoff. Se la realizzazione del 4004, partendo dall’architettura, fosse stata un’attivita’ di routine, il contributo di Hoff sarebbe giustamente piu’ importante. In realta’ la definizione di una architettura di piccolo computer nel 1969 era gia’ cosa ben nota, cosi’ come era ben noto come fare il progetto logico di un piccolo CPU. Cio’ che non era stato ancora fatto era l’implementazione di un CPU in un singolo chip, date le limitazioni della tecnologia MOS del tempo. Per far cio’ nel 1970 era necessaria una persona che avesse una conoscenza intima della tecnologia MOS silicon gate, nonche’ una conoscenza profonda di progetto circuitale, e capacita’ di progetto logico e di progetto di sistema. Solo Faggin aveva la conoscenza intima della tecnologia silicon gate – l’unica tecnologia al mondo ad avere tutte le caratteristiche indispensabili per la realizzazione di un microprocessore sufficientemente veloce da essere utile – in quanto tale tecnologia era stata co-inventata dallo stesso lavorando alla Fairchild Semiconductor nel 1968.

    5. L’8008 era un’altro progetto custom per la ditta statunitense CTC (Computer Terminal Corporation, piu’ tardi ribattezzata con il nome Datapoint). L’architettura della 8008 era stata definita dalla CTC, e il compito dell’Intel era di fare il progetto logico e circuitale in un singolo chip. Se uno da’ un’occhiata alla architettura della 8008, scopre che e’ molto simile all’architettura del 4004, perche’ tutte le architetture di piccoli computer dell’epoca erano simili. Quando a Faggin venne affidato il progetto MCS-4, in aprile 1970, Hal Feeney, un ingegnere con esperienza di progetto di circuiti integrati random logic, aveva gia’ cominciato il progetto realizzativo dell’8008. Hal pero’ non aveva familiarita’ con la tecnologia silicon gate, e mancavano ancora un paio di invenzioni fatte da Faggin, piu’ la metodologia di progetto per circuiti integrati di random logic con silicon gate che Faggin sviluppo’ alcuni mesi dopo, per riuscire a progettare un CPU in un solo chip. Il progetto 8008 venne abbandonato pochi mesi dopo il suo inizio e fu ripreso, sotto la direzione di Faggin, quando il 4004 aveva gia’ dimostrato di funzionare. Fu cosi che il 4004 e non l’8008 divenne il primo microprocessore al mondo.

    6. Il cosidetto brevetto del microprocessore ad opera di Gilbert Hyatt fu squalificato dopo una battaglia legale tra la Texas Instrument e Gilbert Hyatt.

    7. Faggin non ha mai lavorato per Hoff, e durante i suoi quasi 5 anni di lavoro all’Intel la sua interazione con Hoff fu minima.

    8. Dopo che Faggin lascio’ l’Intel per fondare la Zilog e creare il microprocessore Z80, l’Intel cerco’ di cancellare il nome e i contributi di Faggin, dichiarando Hoff l’inventore del microprocessore e disconoscendo i contributi di Faggin nella creazione della tecnologia silicon gate, incluso il fatto che il primo circuito integrato commerciale ad usare la silicon gate fu il Fairchild 3708, anch’esso progettato da Faggin. La verita’ sta uscendo un po’ alla volta, anche per opera di Elvia, moglie di Federico Faggin, che si e’ battuta per molti anni perche’ la verita’ fosse conosciuta. Rimangono comunque molte inesattezze dovute ai residui dell’opera di offuscazione fatta dall’Intel.

  4. Un solo commento. Faggin non ha alcun brevetto relativo al microprocessor (e sui computers in generale). Quindi non è stato mai stato formalmente riconosciuto come l’inventore del microprocessor (va da se che un inventore brevetta le sue invenzioni, e se non ha un brevetto significa che non lo era !). Io sono un architetto di computer che ha all’attivo oltre una ventina di brevetti relativi alle architetture di computer (con oltre una qundicina di sistemi progettati – multiprocessor server e superserver), cioè un adetto ai lavori.

  5. Intervengo nuovamente sull’ invenzione del microprocessor e sul tentativo da parte dell’Intel (leggi Hoff, Mazor, Faggin), di attribuirsi illecitamente il titolo di inventore del microprocessor. (In realtà l’Intel riconosce come solo inventore Hoff e non Faggin e Mazor in quanto l’architetto del 4004) http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,155487,00.html. Hoff e C. non sono, e non possono essere gli inventori del microprocessor per diversi motivi. Uno dei principali motivi formali e che non hanno alcun brevetto relativo al concetto di microprocessor. Un inventore per definizione è colui che è stato riconosciuto tale dopo aver conseguito l’attestato della sua invenzione tramite un brevetto da parte di un’ente preposto. L’Intel (leggi Hoff e C.) non ha brevettato, o meglio ha potuto brevettare il microprocessor semplicemente perché Hoff e C. non erano o non potevano essere gli inventori. Un brevetto può essere ottenuto sotto tre condizioni: che l’oggetto abbia una caratteristica di originalità mai brevettata, e se non brevettata però già nota perché già descritta, o perché soluzione banale ed ovvia. Personalmente ritengo (da esperto) che il microprocessor non fosse brevettabile per quest’ultima ragione, come sotto meglio motivato.
    Nell’industria si cerca di brevettare tutto il possibile di un oggetto, principalmente non tanto per vantale eventuali diritti verso altri, anche, ma sopratutto per coprirsi da eventuali rivendicazione da parte di altri. Inoltre per estendere la copertura si pubblica la descrizione dell’oggetto per bloccare in questo modo rivendicazioni non coperte dai brevetti. Non è realisticamente pensabile che l’Intel, se avesse potuto, non avesse seguito questa procedure,
    In realtà il microprocessor era già stato brevettato da Gilbert P. Hyatt (US patent n. 4,942,516) nel 1988. Quindi l’inventore ufficiale era Hyatt.
    Riporto quanto scritto in “A testimonial from Federico Faggin” – http://translate.google.com/translate?hl=it&sl=auto&tl=it&u=http%3A%2F%2Fwww.intel4004.com%2Fhyatt.htm&anno=2 ” (tradotto) “Ogni volta che c’è una nuova invenzione importante, ci sono molte persone che affermano di essere il loro inventore. Questo è anche il caso per il microprocessore. Quali sono quindi i criteri per determinare ciò che l’invenzione è e chi l’ha inventato? Che cosa è esattamente il microprocessore e ciò che è nuovo a questo proposito?Il microprocessore è l’unità centrale di elaborazione (CPU) di un generico calcolatore elettronico realizzato in un unico circuito integrato. Il 4004 di Intel è stato senza dubbio il primo microprocessore commerciale del mondo. Nessuno aveva commercializzato un single-chip CPU prima di Intel. Ci sono persone, però, che affermano di aver costruito CPU in più di un chip prima del 4004, anche se non sono mai stati commercializzati come chip-set, ma sono stati utilizzati solo in apparecchiature proprietarie. Ad esempio, Raymond Holt sostiene di aver costruito con la sua squadra a tre microprocessore nel 1969 per la Marina degli Stati Uniti F-14A; Lee Boysel of Four Phase Systems Inc., sostiene che lui e il suo team ha creato il primo microprocessore, che è stato accolto come parte di un sistema, nel 1969. Sebbene loro contributi sono stati notevoli, la loro attuazione CPU, non essendo un singolo chip, non era un microprocessore. Perché è un chip molto diverso o meglio di due o tre chip? Se accettiamo di chiamare un microprocessore un tre chip di attuazione di una CPU, allora perché non dovrebbe un implementazione di quattro o cinque chip chiamata anche un microprocessore? Ben presto sarebbe stato impossibile distinguere un microprocessore da una scheda CPU costruito con componenti convenzionali! Un singolo chip è importante non solo per la sua semplicità ed eleganza, ma perché un singolo chip CPU è il minimo irriducibile per una CPU, ottimizzando tutti i requisiti critici di consumo di dimensioni, velocità, costo ed energia. Il microprocessore ha cambiato il mondo dei computer proprio perché ha ridotto al minimo il consumo di dimensioni, costi e l’energia di una CPU, massimizzando la velocità”.
    Ma questo discorso si ritorce contro. Se si passa da una implementazione da 4 chip a tre si ha invenzione ?. Certamente no , è solo un miglioramento. E da tre a due è lo stesso. Perché mai passando da due a uno si dovrebbe avere un’invenzione ?. E’ solo un’ottimizzazione come le altre. Per questo io sostengo che il microprocessor al di la di Hyatt non è brevettabile, perché cosa ovvia e dovuta solo al miglioramento tecnologico e non ad un’idea originale come richiesta dalla definizione di invenzione.
    Il brevetto di Hyatt è stato successivamente invalidato. Riporto da http://www.intel4004.com/hyatt.htm “Un brevetto sul microcontrollore, anticipando gli unici due brevetti Intel relativi alla MCS-4, è stato concesso a Gilbert Hyatt nel 1990. Questo brevetto descrive l’architettura e la progettazione logica di un microcontrollore, sostenendo che potrebbe essere integrato in un unico chip. Questo brevetto è stato successivamente invalidato in un caso di interferenza con un brevetto portato avanti dalla Texas Instruments, in considerazione che il dispositivo descritto non è mai stato attuato e non era realizzabile con la tecnologia disponibile al momento dell’invenzione”.
    Uno dei requisiti per la validità di un brevetto, anche senza un’implementazione fisica, è che questo possa essere comunque realizzabile con la tecnologia disponibile. Dal momento che Hyatt aveva presentato la richiesta di brevetto descrivendolo, questo però ha impedito ad altri di rivendicare successivamente una “prior art” e quindi di brevettarlo. Per fare un esempio stupido e nemmeno calzante, supponiate che uno inventi l’elicottero però non fisicamente realizzabile perché la tecnologia del motore a quel momento non è sufficiente per poter sollevare l’elicottero. Se poi successivamente la tecnologia si evolve, è ovvio che chi ha realizza un motore con i requisiti richiesti non può dichiararsi l’inventore anche dell’elicottero. E questo è quello che è successo per il microprocessor. E’ stata l’evoluzione della tecnologia che ha permesso tale realizzazione, ma questa non ha nulla a che fare con l’idea del microprocessor.
    Gli unici due brevetti relativi al 4004 sono Patent No. 3,821,715 e Patent No. 3,753,011
    Riporto da http://www.intel4004.com/patents.htm, il primo brevetto “copre solo l’organizzazione del bus esterno e la memoria schema di indirizzamento della MCS-4 Intel chipset. Il brevetto non copre l’architettura interna del chip microprocessore 4004, né la sua progettazione o metodi di fabbricazione. L’ordine di denominazione (Hoff, Mazor, Faggin) di questo brevetto piuttosto limitato non implica l’ordine di contributo alla creazione effettiva del primo microprocessore del mondo, come generalmente si suppone …”. Il secondo brevetto e relativo solo ad un circuito per resettare il chip.

    Da quanto esposto se ne deduce che considerare Hoff, Faggin e Mazor gli inventori del microprocessor come usualmente si crede, è un clamoroso falso. Naturalmente fa comodo farsi passare per tali. Ricordo comunque che la stessa Intel considera solo Hoff l’ipotetico inventore e questo, se fosse vero, sarebbe corretto perché ne era l’ideatore, gli altri erano solo dei realizzatori.

    Aggiungo una considerazione: le idee non sono mai brevettabili. E’ brevettabile solo l’implementazione di un’idea, cioè è il modo particolare di realizzarla, vale a dire le soluzioni adottate. La stessa idea può essere implementata in diversi modi.

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