Une histoire des premiers microcontrôleurs, partie 5 : le Motorola 6801

Le groupe de composants de semi-conducteurs de Motorola – Motorola Semiconductor – était en retard à la fête des microprocesseurs à plus d'un titre. La société n'a jamais développé de technologie de processus PMOS réussie, elle envoyait donc des conceptions de puces LSI personnalisées comme des puces de calculatrices pour les clients à d'autres fabricants de semi-conducteurs tels que Mostek et AMS (Advanced Memory Systems). En dépit d'être un leader dans la fabrication de circuits intégrés bipolaires, avec des familles de puces logiques RTL, DTL, TTL et ECL robustes, la société ne disposait pas d'une technologie de processus PMOS LSI, de sorte que Motorola ne pouvait pas s'attaquer à la conception et à la fabrication de grandes puces comme les microprocesseurs jusqu'aux circonstances. forcé le problème. Lorsqu'il a développé un microprocesseur, le Motorola 6800 8 bits, l'architecture bien pensée a réussi en tant que microprocesseur, puis a connu des décennies de succès supplémentaires en tant qu'architecture de base pour plusieurs familles de microcontrôleurs.

C. Lester (Les) Hogan a quitté Motorola Semiconductor en 1968 pour devenir président de Fairchild Semiconductor. Sept cadres supérieurs (tous les cadres supérieurs sauf un) de Motorola Semiconductor ont démissionné pour suivre Hogan, qui leur a rapidement trouvé de nouveaux postes chez Fairchild. Au départ, Hogan n'était pas intéressé à diriger Fairchild, il a donc refusé le poste lorsqu'il lui a été proposé pour la première fois. L'activité semi-conducteurs de Motorola était déjà plus importante que celle de Fairchild. De plus, Fairchild saignait les talents vers d'autres sociétés de semi-conducteurs et startups de la Silicon Valley. C'était une situation laide, et Hogan le savait. Fairchild a donc envoyé son fondateur Robert Noyce à Phoenix, en Arizona, pour recruter Hogan. C'était un excellent vendeur, se souvient Hogan.

Hogan a accepté et négocié une indemnisation massive (à l'époque) pour lui-même. Lui et ses sept dirigeants ont quitté Motorola et se sont rendus dans la Silicon Valley pour tenter d'arrêter l'hémorragie chez Fairchild. Ironiquement, Noyce a quitté Fairchild Semiconductor pour fonder Intel avec Gordon Moore très peu de temps après l'arrivée de Hogan. Noyce aurait été bouleversé, et c'est compréhensible, qu'on ne lui ait pas offert le poste de direction chez Fairchild Semiconductor, la société qu'il avait cofondée en 1957, et il avait déjà fait savoir à Hogan qu'il partait avant que Hogan n'accepte le nouveau poste. Hogan et son équipe ont réussi à redresser le bon navire Fairchild Semiconductor, mais le départ de presque tous ses cadres supérieurs a laissé le groupe de semi-conducteurs de Motorola quelque peu à la dérive, avec ses plans stratégiques en plein désarroi.

Cette décapitation managériale de 1968 a sans aucun doute retardé des projets de développement clés chez Motorola Semiconductor, comme le développement d'une technologie de processus PMOS fonctionnelle. L'absence d'un tel processus signifiait qu'il ne pouvait y avoir de projets LSI ambitieux dans les livres, à l'exception des quelques projets LSI personnalisés apportés par les vendeurs et le service marketing.

Trois ans plus tard, en 1971, Tom Bennett rejoint Motorola Semiconductor pour aider l'entreprise à se lancer dans le secteur des puces pour calculatrices. C'était l'activité de puces LSI la plus en vogue à l'époque. C'est l'entreprise qui a incité Texas Instruments à développer la puce de calculatrice programmable TMS1802NC, la première puce pouvant être appelée microcontrôleur monopuce. Il avait une solide expérience en conception informatique et avait vu les premières idées de conception du microprocesseur Intel 4004 en 1969. Au moment où Bennett a rejoint Motorola, la société avait développé une approche ascendante et décousue du développement de projets qui était suffisamment bonne pour permettre le développement d'une technologie de processus NMOS LSI et du premier microprocesseur de Motorola, le 6800.

Jeff LaVell a rejoint Motorola en 1966 après avoir travaillé chez Collins Radio sur l'ordinateur C8500 de la société, où il a appris le développement des architectures informatiques. Le C8500 de Collins avait été prototypé avec les puces logiques ECL de Motorola, et la version de production utilisait les puces SUHL TTL de Sylvania, pour lesquelles Motorola était une deuxième source. En conséquence, LaVell connaissait très bien Motorola lorsque lui et sa femme ont décidé de déménager à Phoenix. Il a rejoint Motorola en tant qu'ingénieur d'applications pour l'organisation marketing de l'industrie informatique de l'entreprise.

Une partie du travail de LaVell consistait à travailler avec de grandes sociétés informatiques telles que CDC (Control Data Corporation), DEC (Digital Equipment Corporation) et Cray et à voir où une société de semi-conducteurs comme Motorola pourrait aider. Une grande opportunité s'est présentée : les équipements périphériques informatiques. Cet équipement nécessitait des fonctions hautement intégrées pour minimiser les coûts, le nombre de puces, le temps de conception et la consommation d'énergie. Ce marché était idéal pour un microprocesseur avec une famille complète de puces de support.

Bill Lattin a obtenu une maîtrise de l'Université de Californie à Berkeley en 1969, où il a audité une classe de physique des semi-conducteurs enseignée par Andy Grove d'Intel. Il avait déjà prévu de déménager à Phoenix pour terminer son doctorat à l'Arizona State University et avait pris un poste chez Motorola Semiconductor et s'est retrouvé dans le groupe de développement de processus MOS de l'entreprise après avoir effectué une rotation dans quelques autres départements. Il devient Design Manager du groupe, où il prend en charge les outils CAO de l'entreprise et le développement de nouveaux designs de puces MOS. Il a également pris en charge les problèmes de Motorola avec la technologie de processus MOS existante et le développement de nouveaux processus MOS.

Ensemble, Bennett, LaVell et Lattin ont défini un microprocesseur et une famille de dispositifs de support à fabriquer à l'aide d'une technologie de processus NMOS encore à développer. Parmi la quinzaine de puces qu'ils ont définies figurent :

Une équipe de Motorola s'est adressée à une longue liste d'entreprises, dont quelques divisions HP, deux divisions TRW, NCR (National Cash Register) et CDC pour vendre l'idée du nouveau jeu de puces à microprocesseur Motorola. Ils ont commencé à avoir de la traction. Une commande potentielle de CDC pour 200 000 pièces a mis le projet dans les livres. La conception logique a commencé en 1972. La disposition des cinq premières puces (microprocesseur, RAM, ROM, PIA et ACIA) s'est déroulée jusqu'en 1973. Les premières parties, qui fonctionnaient pour la plupart mais comportaient quelques bogues, sont arrivées en février 1974. Les clients avaient les puces travaillant dans leurs systèmes en juin 1974.

Dans la transcription du panneau d'histoire orale du Motorola 6800 du Computer History Museum, l'une des premières visites de clients de Bennett pour voir les premiers systèmes fonctionnels a vraiment attiré mon attention :

« Et en juin, je suis allé chez HP à Loveland, je pense, et j'ai vu un système un vendredi après-midi. ils se préparaient ce soir-là à monter dans un parc là-haut, parce qu'il y avait là un camion Coors chargé de bière pour eux. Et puis nous sommes montés dans l'avion pour revenir, et ils ont continué. Mais ils l'avaient fait si vite."

Exactement un an plus tard, je rejoindrais le laboratoire de cette division HP, la division Loveland Calculator Products. Le système prototype que Bennett décrit dans l'histoire orale est clairement le prototype du projet CJ, qui deviendrait la calculatrice de bureau programmable HP 9815A et le contrôleur d'instruments, introduit en 1975.

La calculatrice et contrôleur de bureau programmable HP 9815A a été l'un des premiers produits à être basé sur le microprocesseur MC6800 de Motorola. Crédit image : Fred Wenninger et HP9825.com

Le jeu de puces à microprocesseur MC6800 est rapidement devenu un succès. Ce n'était pas un microcontrôleur, mais l'ensemble multi-puces pris ensemble offrait les fonctions d'un microcontrôleur. Tout ce qui était nécessaire était d'intégrer les cinq appareils initiaux du chipset sur un seul morceau de silicium. Motorola a annoncé ce microcontrôleur, le MC6801, en 1977. Le MC6801 dispose d'un processeur 6800 légèrement amélioré, qui comprenait une instruction de multiplication, à la demande du client principal, General Motors (GM). GM a initialement utilisé le microcontrôleur MC6801 pour le compteur journalier numérique TripMaster de la Cadillac Seville de 1978. C'était une option d'usine très chère de 920 $.

General Motors a proposé un ordinateur de bord TripMaster basé sur le microcontrôleur Motorola 6801 en option d'usine à 920 $ sur sa Cadillac Seville de 1978. Crédit image : sv1ambo, Wikimedia Commons

Le TripMaster a permis à Motorola de se mettre le nez sous la tente de GM, et GM a développé un système de contrôle en boucle fermée basé sur un microcontrôleur pour un carburateur, afin d'aider ses voitures à répondre aux nouvelles normes gouvernementales en matière de consommation d'essence et d'émissions d'échappement. Dans la seconde moitié de 1980, GM construisait chaque jour 25 000 microcontrôleurs Motorola dans ses voitures, ce qui a aidé Motorola Semiconductor à survivre à la récession de 1980/1981.

Le microcontrôleur Motorola 6801 a engendré une longue lignée de familles de microcontrôleurs à l'architecture similaire, notamment le MC6805, une version CMOS du MC6805 appelée MC146805, le MC68HC05, le MC68HC08, le MC68HC11 et le MC68HC12. Au fur et à mesure que les technologies de processus s'amélioraient, Motorola a suivi la loi de Moore en introduisant des microcontrôleurs avec plus de RAM, plus de ROM, plus de périphériques sur puce et plus de capacités d'E/S. Ces microcontrôleurs se sont retrouvés dans les téléavertisseurs et les téléphones portables que la société mère de Motorola Semiconductor, Motorola, fabriquait. Les microcontrôleurs de Motorola ont été expédiés en gros volumes. Finalement, Motorola a créé son groupe de semi-conducteurs sous le nom de Freescale, qui a fusionné avec NXP en 2015. Le site Web de NXP répertorie toujours plusieurs microcontrôleurs dérivés de l'architecture de microprocesseur MC6800 d'origine, près d'un demi-siècle après l'introduction du MC6800.

Il existe un autre héritage de microcontrôleur qui mérite d'être mentionné pour le microprocesseur MC6800. Motorola avait besoin de deuxièmes sources pour donner de la crédibilité à la pièce auprès de certains clients, et ils ont choisi AMI (American Microsystem Inc) comme deuxième source initiale. Au Japon, Hitachi est également devenu une deuxième source pour le MC6800, ce qui a aidé l'entreprise à entrer dans le secteur des microprocesseurs. Finalement, la société a développé une version CMOS basse consommation du microcontrôleur Motorola MC6801 appelée HD6301, qui a engendré de nombreuses nouvelles familles de microcontrôleurs, désormais disponibles sous la marque Renesas.

Les références

"L'homme derrière la micropuce : Robert Noyce et l'invention de la Silicon Valley", Leslie Berlin, Oxford University Press, 2005.

Panel d'histoire orale sur le développement et la promotion du microprocesseur Motorola 6800, Computer History Museum, 28 mars 2008

Entretien avec C. Lester Hogan, 24 janvier 1995, Silicon Genesis: Oral Histories of Semiconductor Technology, bibliothèques de Stanford.