Ein Dreigespann revolutioniert den Computermarkt

Achim Scharf

In einer Anzeige der amerikanischen Fachzeitschrift Electronic News gab am 15. November 1971 ein gerade drei Jahre altes, noch ziemlich unbekanntes Unternehmen namens Intel Corporation mit Sitz im kalifornischen Mountain View die Erfindung des Mikroprozessors bekannt und leitete damit eine Revolution in der Mikroelektronik ein. Den PC hatten die Erfinder des Mikroprozessors nicht im Sinn. Mit ihrem programmierbaren Computer auf einem Chip wollten sie Registrierkassen, Münzwechsler, Spielautomaten, Verkehrsampeln oder Zapfsäulen steuern.

Den Anstoß zur Erfindung des Mikroprozessors gab Mitte 1969 die japanische Firma Busicom. Dieses Unternehmen hatte zunächst versucht, aus zwölf elektronischen Einzelchips einen programmierbaren Tischrechner zu konstruieren und war dabei gescheitert. Die Japaner erteilten daraufhin Intel einen Entwicklungsauftrag. Dieses Jungunternehmen hatten Robert W. Noyce und Gordon E. Moore im Alter von jeweils 41 Jahren am 18. Juli 1968 im kalifornischen Mountain View gegründet. Intels ursprüngliches Ziel war die Entwicklung von Halbleiterspeichern, um die bis dahin gängige Magnetkerntechnik abzulösen.

Der erste Mikroprozessor der Welt integrierte 2300 Transistoren und konnte pro Sekunde 60.000 Befehle abarbeiten - mit einer Taktgeschwindigkeit von 108 Kilohertz.

Intel kaufte 1971 die Design-Rechte an diesem Chip von Busicom für weniger als 6000 Dollar zurück, eine sehr profitable Entscheidung wie sich zeigte. Im April 1972 war der 8008 marktreif, ein 8-Bit-Prozessor mit Datenpfaden und Registern von acht Bit Breite. Und im April 1974 folgte der Nachfolger 8080, der mit 6000 Transistoren und einer Taktgeschwindigkeit von zwei Megahertz bereits 640.000 Operationen pro Sekunde schaffte. Im Juni 1978, nach zwei Jahren Entwicklungszeit, kam mit 16 Bit breiten Datenpfaden und Registern der 8086 auf den Markt. Mit anfangs 29.000 Transistoren und einer Taktgeschwindigkeit von 5 Megahertz, später 10 Megahertz, bot er eine Rechenleistung von 330.000 Instruktionen pro Sekunde.

Als sich abzeichnete, dass der 8086 im Rennen um den 16-Bit-Mikroprozessor-Markt keinen Vorteil brachte, kamen die Ingenieure auf die Idee, eine abgespeckte Version dieses Prozessors zu entwickeln, den 8088. Dieser Prozessor, der im Mai 1979 auf den Markt kam, behielt intern seinen 16-Bit-Datenbus und damit einen maßgeblichen Geschwindigkeitsvorteil durch die 16-Bit-Architektur. Extern jedoch, mit seiner Peripherie, verkehrte dieser Prozessor auf nur 8 Bit breiten Datenpfaden. Für den 8088 entschied sich IBM, als es darum ging, den IBM-PC mit einem geeigneten Prozessor auszustatten. Die Markenbezeichnung Personal Computer sollte zum Ausdruck bringen, dass es sich hier um einen Computer zum persönlichen Gebrauch handelte. Unter dem Kürzel PC prägte diese neue Rechnergeneration einen Gattungsbegriff.

Erfolgsrezept "Offenes System"

Im Frühjahr 1980 spezifizierten die involvierten IBM- und Intel Ingenieure den PC. Bei der IBM stand bereits fest, dass man ein "offenes" System kreieren wollte. Nach dem Baukastenprinzip sollten geeignete Einzelkomponenten zum PC konfiguriert werden, einschließlich des Betriebssystems. So entstand die "IBM-Kompatibilität", die den PC mit Intel und Microsoft als Lieferanten des Betriebssystems PC-DOS so erfolgreich machen sollten.

Nach nur 14 Monaten war der IBM-PC marktreif. Im August 1981 wurden die ersten IBM-PCs an den Computerfachhandel ausgeliefert. Intel erhielt einen Liefervertrag von 10.000 Prozessoren pro Jahr. Doch aus den zehntausend Prozessoren sollten bald Millionen werden. Bereits im Jahr 1984 zählten die Marktforscher 6,2 Millionen Mikrocomputer auf dem Weltmarkt. 45 Prozent davon waren Personal-Computer mit der 8086/88-Prozessor-Architektur.

Mit dem Intel286, der ab 1983 überwiegend in Personal Computern der Leistungsklasse AT (Advanced Technology) zum Einsatz kam, konnte sich Intel in der IBM-kompatiblen Computerwelt etablieren. Der stürmische PC-Erfolg der IBM hatte inzwischen zahlreiche Mitbewerber auf den Plan gerufen, darunter auch Compaq, das in nur einem Jahrzehnt zum größten PC-Hersteller der Welt heranwachsen sollte. Dieser PC-Neuling war vom Start weg erfolgreich damit, dass er den IBM-kompatiblen PC tragbar machte. Das Gerät passte freilich nicht, wie heute vom Notebook gewohnt, in einen Aktenkoffer. Es hatte vielmehr selber die Größe eines kleinen Reisekoffers und verfügte über einen Tragegriff.

Im Oktober 1985 inszenierte Intel die Premiere des 386 zeitgleich in San Francisco, London, Paris, Madrid und Tokio. Der Sprung von den 16 Bit in die 32 Bit breiten Datenpfade erforderte 275.000 Transistoren. Er erreichte - bei einer maximalen Taktrate von 33 Megahertz - eine Spitzenleistung von elf MIPS (Millionen Instruktionen pro Sekunde). Dieser Prozessor verstand sich nicht nur auf das PC-Betriebssystem DOS, das Microsoft inzwischen zu einem Standard auf dem PC-Markt gemacht hatte. Der 386 war auch eine geeignete Basis für das technisch anspruchsvolle und herstellerneutrale Betriebssystem UNIX.

Der Sprung in die 32-Bit-Leistungsklasse war nach Startschwierigkeiten so erfolgreich, dass im April 1989 die vierte Generation mit dem Markennamen 486 auf den Markt kam. Diese CPU verfügte über 1,2 Millionen Transistoren, viermal mehr als beim Vorgänger 386. Allerdings integrierte der 486 den mathematischen Co-Prozessor, der bei den Vorgängern noch als separater Chip mit der Endung "87" bei Bedarf eingesetzt werden musste. Anfangs war der neue Prozessor mit 25 Megahertz getaktet und leistete 20 MIPS. Die 1994 vorgestellte 100-MHz-Variante schaffte 71 MIPS.

Im März 1993 präsentierte Intel den Pentium-Prozessor. Der Name brach wegen des amerikanischen Wettbewerbsrecht mit der Tradition der Ziffernbezeichnung, denn danach lassen sich nur Namen, nicht aber Ziffern als Markenbezeichnung schützen.

Mit 3,1 Millionen Transistoren in Strukturen von anfangs 0,8 Mikrometer und 60 Megahertz Taktfrequenz übertraf er den Vorgänger um mehr als das Doppelte. Durch die Verdoppelung der Instruktions-Pipelines konnte dieser Prozessor in einem einzigen Taktzyklus zwei Befehle ausführen.

Der Pentium-Prozessor erfuhr im Lauf der Jahre mehrere Generationswechsel, seit November 2002 steht mit dem Pentium 4 (0,13-Mikron-Herstellungsprozess, Hyper-Threading-Technologie und 3,06 Gigahertz Taktfrequenz) die neueste Variante zur Verfügung. Für Programme, die sich aus mehreren Teilen (Threads) zusammen setzen, bietet Hyper Threading zwei logische Prozessoren an. Zwei Threads werden dann gleichzeitig bearbeitet, ohne zwei echte Prozessoren im System zu haben. Doch leider nutzen die gängigen PC-Anwendungen diese Fähigkeit noch nicht aus.

Mobilprozessoren seit 1989

Bereits 1989 wurde bei Intel der Bereich für mobile Prozessoren gegründet und verfolgt seitdem drei Ziele: die Entwicklung von Prozessoren mit niedrigem Energiebedarf, neue Prozessorverpackungen für kleinere Notebooks und der Erforschung neuer Möglichkeiten zur Energieeinsparung, die über den Prozessor hinaus gehen. 1990 wurde der erste Prozessor für den mobilen Einsatz vorgestellt. Der 386SL wurde bei einer Betriebsspannung von 5 Volt mit 20 Megahertz getaktet. Der Chip bestand aus 855.000 Transistoren in 1-Mikrometer-Technologie. Damals hatten Notebooks ein Gewicht bis acht Kilogramm und kosteten rund 8000 Dollar mit einem kleinen monochromen 8-Zoll-Bildschirm.

Seit dieser Zeit hat sich bei mobilen Prozessoren viel getan. Die QuickStart-Technologie schaltet den Prozessor in Millisekunden vom stromsparenden Ruhezustand (etwa zwischen zwei Mausklicks) in den Arbeitsmodus und umgekehrt. Wenn gerade keine Prozessorleistung benötigt wird, fährt der Prozessor seine Leistung herunter und verringert dadurch auch seinen Strombedarf. Clock-Gating ist eine Technologie zur Regulierung der Spannung; bestimmte Bereiche des Prozessors werden abgeschaltet, wenn sie nicht benötigt werden, was den Stromverbrauch verringert. Und die SpeedStep-Technologie dient zur dynamischen Umschaltung der Taktfrequenz und Spannung mit dem Ziel der Reduzierung der Verlustleistung der Pentium-Prozessoren bis hin zum P4.

Der weltweite PC-Markt (ohne Notebooks) konnte laut Gartner im Jahr 2002 wieder ein leichtes Plus verzeichnen. Gegenüber 2001 stiegen die Auslieferungen um 2,7 Prozent auf 132,4 Millionen Einheiten. HP/Compaq konnte seine Stellung als Weltmarktführer knapp vor Dell behaupten. PC-Erfinder IBM ist aus dem Rennen, doch Intel und Microsoft machen alljährlich viele Milliarden Euro Umsatz mit und rund um den PC. Für das am 30. Juni 2002 endende Geschäftsjahr verzeichnete Microsoft einen Umsatz von 28,37 Milliarden Dollar und damit einen Zuwachs von 12 Prozent im Vergleich zum Jahr 2001. Intel kam im Fiskaljahr 2002 auf 26,76 Milliarden Dollar und konnte seine Position als Chip-Marktführer trotz Konkurrenz besonders durch AMD behaupten.