Intel 4004: Die erste frei verkäufliche Serien-CPU hatte 0,75 MHz
Heute vor exakt 50 Jahren erschien der erste in Serie produzierte, frei verkäufliche Mikroprozessor, der Intel 4004 mit einer Taktfrequenz von 750 kHz und rund 2.300 Transistoren. Seinerzeit gefertigt von MOS Technology in heute fast schon unvorstellbaren 10.000 Nanometern, setzte der 4-Bit-Prozessor ganz neue Maßstäbe.
Wie der Intel 4004 entstanden ist
Der später als Intel 4004 bekannte allererste in Serie hergestellte Mikroprozessor wurde im Jahr 1969 von Busicom, einem japanischen Hersteller für mechanische und elektronische Rechenmaschinen, bei Intel in Auftrag gegeben. Intel hat ihn also nicht selbst entwickelt.
Als der Schöpfer der ersten Mikroarchitektur gilt gemeinhin der US-amerikanische Elektroingenieur Ted Hoff, der aber letztlich nicht an der Entwicklung des Intel 4004 beteiligt war, heute aber dennoch als einer der drei Urväter der CPU gilt. Den Entwurf lieferte letztlich Federico Faggin, der im Jahr 1970 vom Halbleiterhersteller Fairchild zu Intel wechselte und zuvor die Silizium-Gate-Technik (SGT) entwickelt hatte. Der dritte Entwickler war Masatoshi Shima, der Federico Faggin assistierte und die Software für den Busicom 141-PF schrieb, der mit dem 4004 betrieben wurde.
Als vierter Ingenieur im Bunde war zudem Stanley Mazor, der insbesondere an der Softwareentwicklung beteiligt war, für die Entstehung des ersten kommerziellen Prozessors mitverantwortlich. Auch er gehörte zu den Assistenten des von Chefentwickler und Projektleiter Federico Faggin angeführten Teams.
Im November 2010 zeichnete der ehemalige US-Präsident Barack Obama die Mikroprozessor-Väter mit der National Medal of Technology and Innovation aus und ehrte sie damit insbesondere für die Erfindung des Intel 4004.
Die technischen Daten des Intel 4004
Der Intel 4004 ist ein 4-Bit-Mikroprozessor und gilt als erster Ein-Chip-Mikroprozessor der Welt, welcher in Serie produziert wurde. Gefertigt wurde er in 10.000 nm (0,01 mm). Obwohl der Datenbus des Intel 4004, der insgesamt 16 Register besaß, nur 4 Bit breit war, betrug die Befehlsbreite 8 Bit. Das Design, ursprünglich exklusiv für Busicom und deren Taschenrechner entworfen, wurde später für einen Preis von 60.000 US-Dollar von Intel zurückgekauft.
Die technischen Spezifikationen des Intel 4004 lauten wie folgt:
- 10.000 Nanometer (0,01 mm)
- Daten-Adressraum mit 5.120 Bit
- 640 Byte RAM und 4.096 Byte ROM
- Hergestellt aus einem 2“-Wafer mit 5 Lagen
- Gefertigt im PMOS-Prozess von MOS-Technology
- 2.300 Transistoren auf einem Dual In-Line Package (DIP)
- 46 Befehle und 8 Zyklen pro Instruktion
- 500 bis 750 kHz Taktfrequenz
- 15 Volt Betriebsspannung
Heute zählt insbesondere der C4004 in weißer Keramik mit Goldkappe und sichtbaren Leiterbahnen („grey traces“) zu den begehrtesten Sammelobjekten und erzielt auf Auktionen sehr hohe Erlöse von mehreren tausend Euro.
Intel 4004 und Intel Core i-12000 im Vergleich
Intel selbst vergleicht den Intel 4004 zum Jubiläum mit dem aktuellen Topmodell Core i9-12900K (Test), letztendlich macht aber jeder aktuelle Prozessor, jede aktuelle GPU oder sogar High-Performance-Computing-Switches deutlich, welche Entwicklung die Halbleiterbranche in den letzten 50 Jahren vollzogen hat: Komplexitität, Taktraten, Befehlssatz und -breite haben mit dem Urgestein nicht mehr viel gemein.
Zur Einordnung: Der Intel Core i9-12900K (Test) taktet mit bis zu 5.200.000 kHz (5,2 GHz) und damit rund siebentausend Mal so hoch wie es 1971 mit maximal 750 kHz möglich war und während Intels Ur-CPU noch mit 16-Pins auskam, benötigen CPUs der Serie Alder Lake-S insgesamt 1.700 Verbindungen zum Sockel LGA 1700, um mit dem Rest der Plattform, darunter Arbeitsspeicher mit Dual-Channel-Interface, PCIe-Grafikkarten und I/O inklusive Thunderbolt 4, in Kontakt zu treten, aber auch um bis zu 300 Watt elektrische Leistung aufzunehmen.
This year marks the 50th anniversary of the 4004 chip. Think of how much we’ve accomplished in the past half-century. This is a sacred moment for technology. This is what made computing really take off!
Pat Gelsinger, Intel CEO
Was den Intel 4004 gemessen an seiner Zeit so besonders macht, ist die Tatsache, dass er bereits 1971 die Leistung bot, für die riesige Rechenmaschinen in den 1950ern und 1960ern noch ganze Räume benötigten und dabei nicht viel größer war als ein menschlicher Fingernagel.
Die Website CPU-Galerie.de präsentiert die insgesamt vier Modelle der CPU, den Intel C4004, den C4004 mit sichtbaren Leiterbahnen, D4004 und P4004, die noch bis Oktober 1981 produziert wurden, in einer schönen Übersicht.
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