ประวัติศาสตร์ CPU ของ Intel: จากชิป 4 บิตสู่หัวใจของคอมพิวเตอร์ยุคปัจจุบัน

Chart of transistor counts in Intel processors from 1971 to 1993
Transistors per Intel processor, log scale

ทุกครั้งที่คุณเปิดคอมพิวเตอร์ เล่นเกม หรือค้นหาข้อมูลบนมือถือ มีหน่วยประมวลผลกลาง หรือ CPU ทำงานอยู่เบื้องหลัง CPU คือชิปที่อ่านคำสั่ง คำนวณ และตัดสินใจว่าต้องทำอะไรต่อไป ตลอดหกทศวรรษที่ผ่านมา Intel เป็นบริษัทที่มีบทบาทสำคัญที่สุดคนหนึ่งในการพัฒนา CPU บทความนี้จะพาย้อนดูเส้นทางนั้นทีละช่วง

จุดกำเนิด: สามคนจาก Fairchild

Intel ก่อตั้งในปี ค.ศ. 1968 ที่แคลิฟอร์เนีย โดย Robert Noyce และ Gordon Moore สองผู้เชี่ยวชาญจาก Fairchild Semiconductor เป็นผู้ก่อตั้ง ต่อมา Andy Grove วิศวกรและผู้บริหารคนสำคัญได้เข้าร่วมและนำบริษัทไปอีกหลายปี ช่วงแรก Intel ทำชิปหน่วยความจำเป็นหลัก ความสำเร็จจากชิปหน่วยความจำทำให้บริษัทมีทุนและชื่อเสียงพอจะก้าวเข้าสู่ตลาดชิปประมวลผล

ปี 1971: Intel 4004 ชิปประมวลผลที่ขายได้จริง

ประวัติศาสตร์ CPU ของ Intel เริ่มจริงจังในปี 1971 เมื่อบริษัทญี่ปุ่น Busicom ขอให้ Intel ออกแบบชิปสำหรับเครื่องคิดเลข ทีมวิศวกรที่นำโดย Federico Faggin, Marcian Hoff และ Stanley Mazor เสนอแนวคิดที่ใหญ่กว่า คือสร้างหน่วยประมวลผลทั่วไปหนึ่งชิป ที่อ่านคำสั่งจากหน่วยความจำและทำตามคำสั่งนั้นได้

ผลลัพธ์คือ Intel 4004 ชิป 4 บิตที่มีทรานซิสเตอร์ประมาณ 2,300 ตัว ผลิตด้วยกระบวนการ 10 ไมครอน และทำงานที่ความเร็วสูงสุดราว 740 กิโลเฮิรตซ์ เมื่อเทียบกับมาตรฐานปัจจุบันถือว่าช้ามาก แต่สิ่งสำคัญคือแนวคิด เพราะเป็นครั้งแรกที่หน่วยประมวลผลทั้งหมดอยู่ในชิปเดียวที่ขายได้จริง และเป็นจุดเริ่มต้นของยุคไมโครโปรเซสเซอร์

ปี 1978 ถึง 1981: x86 และ IBM PC

Intel 8086 ปี 1978 เป็นชิป 16 บิตที่มีทรานซิสเตอร์ราว 29,000 ตัว การออกแบบต่อยอดจากรุ่นก่อนหน้า ทำให้โปรแกรมเดิมย้ายมาใช้ได้ง่าย แนวทางนี้เองที่ทำให้สถาปัตยกรรมที่เรียกว่า x86 กลายเป็นมาตรฐานยาวนานหลายสิบปี

ปี 1981 IBM เลือกชิป 8088 ซึ่งเป็นรุ่นที่มีบัสข้อมูลภายนอก 8 บิต สำหรับ IBM PC ซึ่งกลายเป็นเครื่องต้นแบบของพีซีจำนวนมหาศาล ระบบนิเวศซอฟต์แวร์ที่ผูกกับ x86 จึงเติบโตอย่างรวดเร็ว

ปี 1985: Intel 386 ชิป 32 บิตตัวแรกของ x86

Intel 386 มีทรานซิสเตอร์ราว 275,000 ตัว และรองรับการทำงานหลายงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบปฏิบัติการอย่าง Unix และต่อมา Windows ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพมากขึ้น หลังจากนั้น 80486 ในปี 1989 รวมหน่วยทศนิยม (FPU) และแคชไว้ในชิปเดียว ทำให้เร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

ปี 1993: Pentium และแคมเปญ "Intel Inside"

Intel ตั้งชื่อชิปรุ่นถัดไปว่า Pentium แทนตัวเลข 586 เพราะตัวเลขไม่สามารถจดเครื่องหมายการค้าได้ ชิป Pentium รุ่นแรกมีทรานซิสเตอร์ประมาณ 3.1 ล้านตัว ปี 1991 Intel เริ่มแคมเปญ "Intel Inside" ให้ผู้ผลิตพีซีติดสติกเกอร์โลโก้ ทำให้ผู้บริโภคจำชื่อ CPU ได้เป็นครั้งแรก

ปี 1994 นักคณิตศาสตร์ Thomas Nicely พบว่าการหารทศนิยมบางค่าบน Pentium ให้ผลลัพธ์ผิด เรียกว่า FDIV bug Intel ตอบสนองช้าในช่วงแรก และสุดท้ายต้องเปลี่ยนชิปให้ลูกค้าและบันทึกค่าใช้จ่ายจำนวนมาก บทเรียนนี้ทำให้บริษัทให้ความสำคัญกับการทดสอบและการสื่อสารกับลูกค้ามากขึ้น

ปี 2006 ถึง 2011: Core และ Core i

ปี 2006 Intel เปิดตัวสถาปัตยกรรม Core ที่ต่อยอดจากชิปโน้ตบุ๊ก ทำให้ประสิทธิภาพต่อการใช้พลังงานดีขึ้นมาก Core 2 Duo และ Core 2 Quad เป็นตัวเลือกยอดนิยมของคอมพิวเตอร์ทั้งบ้านและที่ทำงาน ปี 2008 Core i7 รุ่นแรกรวมตัวควบคุมหน่วยความจำไว้ในชิป และใช้เทคโนโลยี Hyper-Threading ให้แกนหนึ่งประมวลผลได้สองเธรด ปี 2011 Sandy Bridge เพิ่มกราฟิกไว้ในชิป ทำให้คอมพิวเตอร์ทั่วไปไม่ต้องพึ่งการ์ดจอแยกสำหรับงานง่าย ๆ

ปี 2015 ถึง 2021: การผลิตที่ท้าทายและการแข่งขันที่เปลี่ยนไป

การพัฒนากระบวนการผลิตขนาด 10 นาโนเมตรของ Intel ล่าช้ากว่าที่คาดไว้ ทำให้คู่แข่งอย่าง TSMC และ Samsung ขึ้นมาเป็นผู้นำการผลิตชิปขั้นสูงบางส่วน ขณะเดียวกัน AMD กลับมาแข่งขันจริงจังด้วยสถาปัตยกรรม Zen ตั้งแต่ปี 2017 ชิปของ AMD มีจำนวนแกนมากในราคาที่แข่งขันได้ Intel จึงต้องปรับทั้งการออกแบบ การผลิต และการตั้งราคา

ปี 2021 Intel ตอบโต้ด้วยชิปแบบไฮบริดรุ่น Alder Lake ที่มีแกนประสิทธิภาพสูง (P-core) และแกนประหยัดพลังงาน (E-core) อยู่ในชิปเดียวกัน แนวคิดนี้ยอมรับว่าการเพิ่มความเร็วอย่างเดียวไม่เพียงพออีกต่อไป

บทเรียนจากประวัติศาสตร์ CPU ของ Intel

บทสรุป

จาก Intel 4004 ที่มีทรานซิสเตอร์ราวสองพันตัว สู่ชิปยุคปัจจุบันที่มีทรานซิสเตอร์หลายหมื่นล้านตัว ประวัติศาสตร์ CPU ของ Intel คือเรื่องของการคิดใหม่อย่างต่อเนื่อง ทั้งสถาปัตยกรรม การผลิต และความเชื่อมั่นของผู้ใช้ ทุกครั้งที่คุณกดปุ่มเปิดเครื่อง คุณกำลังใช้ผลของการพัฒนาเหล่านี้