Federico Faggin

Federico Faggin (Pronunciación de italiano: [fedeˈriːko fadˈdʒin], veneciano: [faˈdʒiŋ]; nacido el 1 de diciembre de 1941) es un físico, ingeniero, inventor y empresario italiano. Es mejor conocido por diseñar el primer microprocesador comercial, el Intel 4004. Dirigió el proyecto 4004 (MCS-4) y el grupo de diseño durante los primeros cinco años del esfuerzo de los microprocesadores de Intel. Faggin también creó, mientras trabajaba en Fairchild Semiconductor en 1968, la tecnología de puerta de silicio (SGT) MOS (semiconductor de óxido de metal) autoalineada, que hizo posible los chips de memoria semiconductores MOS, los sensores de imagen CCD y el microprocesador. Después del 4004, dirigió el desarrollo de Intel 8008 y 8080, utilizando su metodología SGT para el diseño de chips de lógica aleatoria, que fue esencial para la creación de los primeros microprocesadores Intel. Fue cofundador (con Ralph Ungermann) y director ejecutivo de Zilog, la primera empresa dedicada exclusivamente a microprocesadores, y dirigió el desarrollo de los procesadores Zilog Z80 y Z8. Más tarde fue cofundador y director ejecutivo de Cygnet Technologies y luego de Synaptics.

En 2010, recibió la Medalla Nacional de Tecnología e Innovación 2009, el más alto honor que confiere Estados Unidos por logros relacionados con el progreso tecnológico. En 2011, Faggin fundó la Fundación Federico y Elvia Faggin para apoyar el estudio científico de la conciencia en universidades e institutos de investigación de EE. UU. En 2015, la Fundación Faggin ayudó a establecer una dotación de $1 millón para la Cátedra Presidencial de Física de la Información de la Familia Faggin en UC Santa Cruz para promover el estudio de "cuestiones fundamentales en la interfaz de la física y campos relacionados, incluidas las matemáticas, sistemas complejos, biofísica y ciencia cognitiva, con el tema unificador de la información en física." Federico Faggin reside en Silicon Valley desde 1968 y es ciudadano estadounidense naturalizado.

Educación y inicio de carrera

Nacido en Vicenza, Italia, Federico creció en un ambiente intelectual. Su padre, Giuseppe Faggin, fue un erudito que escribió muchos libros académicos y tradujo, con comentarios, las Enéadas de Plotino del griego original al italiano moderno. Federico tuvo un gran interés por la tecnología desde muy temprana edad. Asistió a una escuela secundaria técnica en Vicenza, I.T.I.S. Alessandro Rossi, y posteriormente obtuvo una laurea en física, summa cum laude, de la Universidad de Padua.

Laboratorios de I+D Olivetti

Faggin se unió a Olivetti a los 19 años. Allí co-diseñó y dirigió la implementación de una pequeña computadora de transistores digitales con memoria magnética de 4 K × 12 bits (1960). Posteriormente, el departamento de I+D de Olivetti desarrolló una de las primeras calculadoras electrónicas de escritorio programables del mundo, la Olivetti Programma 101 (1964). Después de esta primera experiencia laboral, Faggin estudió física en la Universidad de Padua e impartió el curso de laboratorio de electrónica para estudiantes de tercer año de física en el año académico 1965-1966.

SGS-Fairchild

En 1967 se unió a SGS Fairchild, ahora STMicroelectronics, en Italia, donde desarrolló su primera tecnología de proceso de puerta metálica MOS y diseñó sus dos primeros circuitos integrados MOS comerciales. SGS lo envió a California en 1968. Cuando Fairchild vendió SGS-Fairchild, Faggin aceptó una oferta para completar el desarrollo de la tecnología de puerta de silicio con Fairchild.

Carrera en Silicon Valley

Semiconductores Fairchild

La tecnología de puerta de silicio (SGT) es una de las tecnologías más influyentes que ha impulsado el progreso de la microelectrónica desde el MOSFET. Sin el SGT, el primer microprocesador no se habría podido fabricar en 1970-1971.

En febrero de 1968, Federico Faggin se unió a Fairchild Semiconductor en Palo Alto, donde fue líder del proyecto de la tecnología de puerta de silicio MOS, un MOSFET con una puerta autoalineada de silicio, y el inventor de su arquitectura de proceso única. El SGT se convirtió en la base de todos los circuitos integrados NMOS y CMOS modernos. Hizo posible la creación de chips de memoria semiconductores MOS durante 1969-1970, el primer microprocesador durante 1970-1971 y el primer CCD y EPROM (memoria de sólo lectura eléctricamente programable) con puertas de silicio flotantes (1970-1971). El SGT reemplazó la actual tecnología MOS de puerta de aluminio y fue adoptada en todo el mundo en 10 años, dejando obsoletos los circuitos integrados originales construidos con transistores bipolares.

Fairchild 3708

En Fairchild, Faggin diseñó el primer circuito integrado comercial que utiliza la tecnología Silicon Gate con transistores MOSFET autoalineados: el Fairchild 3708. El 3708 era un multiplexor analógico de 8 bits con lógica de decodificación, que reemplazaba al Fairchild 3705 equivalente que usaba metal- tecnología de puerta. El 3708 era 5 veces más rápido, tenía 100 veces menos fugas en las uniones y era mucho más confiable que el 3705, lo que demuestra la superioridad de SGT sobre el MOS de puerta metálica. Véase también: Faggin, F., Klein T. (1969). "Una generación más rápida de dispositivos MOS con umbral bajo está en la cima de la nueva ola: los circuitos integrados Silicon-Gate". Electrónica, 29 de septiembre de 1969.

Intel

Federico Faggin se unió a Intel procedente de Fairchild en 1970 como líder de proyecto y diseñador de la familia de microprocesadores MCS-4, que incluía el 4004, el primer microprocesador de un solo chip del mundo. Fairchild no estaba aprovechando el SGT y Faggin quería utilizar su nueva tecnología para diseñar chips avanzados.

El 4004 (1971) fue posible gracias a las capacidades avanzadas de la tecnología de puerta de silicio (SGT), mejoradas a través de la novedosa metodología de diseño de chips de lógica aleatoria que Faggin creó en Intel. Fue esta nueva metodología, junto con sus diversas innovaciones de diseño, las que le permitieron colocar el microprocesador en un pequeño chip. Un microprocesador de un solo chip (una idea que se esperaba que surgiera muchos años en el futuro) fue posible en 1971 mediante el uso de SGT con dos innovaciones adicionales: (1) "contactos enterrados" que duplicó la densidad del circuito, y (2) el uso de cargas de arranque con relojes de 2 fases (anteriormente considerados imposibles con SGT) que mejoraron la velocidad 5 veces, al tiempo que redujeron el área del chip a la mitad en comparación con el MOS de puerta metálica.

The design methodology created by Faggin was utilized for the implementation of all Intel 's early microprocessors and later also for Zilog 's Z80.

El Intel 4004, una CPU (unidad central de procesamiento) de 4 bits en un solo chip, era miembro de una familia de 4 chips personalizados diseñados para Busicom, un fabricante japonés de calculadoras. Los otros miembros de la familia (que constituían la familia MCS-4) eran: el 4001, una ROM programable con máscara metálica de 2k bits con líneas de entrada y salida programables; el 4002, una RAM dinámica de 320 bits con un puerto de salida de 4 bits; y el 4003, una entrada serial de 10 bits y salida serial/paralela, registro de desplazamiento estático para usar como expansor de E/S. Faggin promovió la idea de comercializar ampliamente el MCS-4 entre clientes distintos de Busicom mostrando a la gerencia de Intel cómo los clientes podían diseñar un sistema de control usando el 4004. Diseñó y construyó un probador 4004 usando el 4004 como controlador del probador, por lo que convencer a Bob Noyce de renegociar la cláusula de exclusividad con Busicom que no permitía a Intel vender la línea MCS-4 a otros clientes.

En 2009, los cuatro contribuyentes al 4004 fueron admitidos como miembros del Museo de Historia de la Computación. Ted Hoff, jefe del Departamento de Investigación de Aplicaciones, formuló la propuesta arquitectónica y el conjunto de instrucciones con la ayuda de Stan Mazor y trabajando en conjunto con Masatoshi Shima de Busicom. Sin embargo, ninguno de ellos era diseñador de chips y ninguno estaba familiarizado con la nueva tecnología Silicon Gate (SGT). El diseño de silicio era el ingrediente esencial que faltaba para fabricar un microprocesador, ya que todo lo demás ya se sabía. Federico Faggin dirigió el proyecto en un departamento diferente sin la participación de Hoff y Mazor. Faggin había inventado el SGT original en Fairchild Semiconductor en 1968 y proporcionó refinamientos e inventos adicionales para hacer posible la implementación del 4004 en un solo chip. Con la ayuda rutinaria de Shima, Faggin completó el diseño del chip en enero de 1971.

El Intel 2102A es un rediseño de la RAM estática Intel 2102, donde Federico Faggin introdujo a Intel, por primera vez, la carga de agotamiento, combinando la tecnología de puerta de silicio con la implantación iónica. El diseño fue realizado a finales de 1973 por Federico Faggin y Dick Pashley. El 2102A era cinco veces más rápido que el 2102, lo que abrió una nueva dirección para Intel.

Los primeros microprocesadores Intel

La metodología de diseño de silicio de Faggin se utilizó para implementar todos los primeros microprocesadores de Intel.

El Intel 8008 fue la primera CPU de 8 bits de un solo chip del mundo y, al igual que el 4004, se construyó con SGT de canal p. El desarrollo 8008 se asignó originalmente a Hal Feeney en marzo de 1970, pero se suspendió hasta que se completó el 4004. Se reanudó en enero de 1971 bajo la dirección de Faggin utilizando los circuitos básicos y la metodología que había desarrollado para el 4004, con Hal Feeney haciendo el diseño del chip. La arquitectura de CPU del 8008 fue creada originalmente por CTC Inc. para el terminal inteligente Datapoint 2200, en el que se implementó en lógica IC discreta.

El microprocesador Intel 4040 (1974) era una versión muy mejorada y compatible con código de máquina de la CPU 4004 que le permitía interactuar directamente con memorias estándar y dispositivos de E/S. Federico Faggin creó la arquitectura del 4040 y supervisó a Tom Innes, quien realizó el trabajo de diseño.

El microprocesador 8080 (1974) fue el primer microprocesador de 8 bits de alto rendimiento del mercado, que utilizaba el SGT de canal n más rápido. El 8080 fue concebido y diseñado por Faggin y diseñado por Masatoshi Shima bajo la supervisión de Faggin. El 8080 supuso una mejora importante con respecto a la arquitectura 8008, pero mantuvo la compatibilidad del software con ella. Era mucho más rápido y fácil de conectar con memoria externa y dispositivos de E/S que el 8008. El alto rendimiento y el bajo costo del 8080 permitieron a los desarrolladores utilizar microprocesadores para muchas aplicaciones nuevas, incluidas las precursoras de la computadora personal.

Cuando Faggin dejó Intel a finales de 1974 para fundar Zilog con Ralph Ungermann, era director del departamento de I+D responsable de todos los productos MOS, excepto las memorias dinámicas.

Zilog

El Zilog Z80 fue el primer microprocesador creado por Zilog, la primera empresa dedicada íntegramente a los microprocesadores. Fue fundada por Federico Faggin y Ralph Ungermann en noviembre de 1974. Faggin fue presidente y director ejecutivo de Zilog hasta finales de 1980 y concibió y diseñó la CPU Z80 y su familia de componentes periféricos programables. También codiseñó la CPU cuyo líder de proyecto fue Masatoshi Shima. La CPU Z80 supuso una mejora importante con respecto al 8080, pero mantuvo la compatibilidad del software con él. Mucho más rápido y con más del doble de registros e instrucciones que el 8080, formaba parte de una familia de componentes que incluía varios periféricos inteligentes (el Z80-PIO, un controlador de entrada-salida paralelo programable; el Z80-CTC, un contador-temporizador; el Z80-SIO, controlador de interfaz de comunicaciones serie programable, y el Z80-DMA, controlador de acceso directo a memoria programable). Esta familia de chips permitió el diseño de microcomputadoras potentes y de bajo costo con un rendimiento comparable al de las minicomputadoras. La CPU Z80 tenía una estructura de bus y una estructura de interrupciones sustancialmente mejores que la 8080 y podía interactuar directamente con la RAM dinámica, ya que incluía un controlador de actualización de memoria interna. El Z80 se utilizó en muchas de las primeras computadoras personales, así como en sistemas de videojuegos como MSX, ColecoVision, Master System y Game Boy. El Z80 todavía se produce en volumen en 2017 como microprocesador central en varios sistemas en un chip.

El microcontrolador Zilog Z8 (1978) fue uno de los primeros microcontroladores de un solo chip del mercado. Integraba una CPU de 8 bits, RAM, ROM y funciones de E/S, suficientes para muchas aplicaciones de control. Faggin concibió el Z8 en 1974, poco después fundó Zilog, pero luego decidió dar prioridad al Z80. El Z8 fue diseñado entre 1976 y 1978 y todavía se produce en volumen en la actualidad (2017).

The Communication ECoSystem

El CoSistema de Comunicación (1984). El Cosistema fue concebido por Faggin y diseñado y producido por Cygnet Technologies, Inc., la segunda empresa emergente de Faggin. Conectado a una computadora personal y a una línea telefónica estándar, el CoSystem podría manejar automáticamente todas las comunicaciones personales de voz y datos del usuario, incluido el correo electrónico, el acceso a bases de datos, transferencias de pantalla de computadora durante una comunicación de voz, mantenimiento de registros de llamadas, etc. La patente que cubre CoSystem es muy citada en el campo de la comunicación personal.

Sinápticos

En 1986, Faggin cofundó y fue director ejecutivo de Synaptics hasta 1999, convirtiéndose en presidente de 1999 a 2009. Synaptics se dedicó inicialmente a I+D en redes neuronales artificiales para aplicaciones de reconocimiento de patrones utilizando VLSI analógico. Synaptics presentó el I1000, el primer reconocedor de caracteres óptico de un solo chip del mundo en 1991. En 1994, Synaptics introdujo el panel táctil para reemplazar el engorroso trackball que entonces se usaba en las computadoras portátiles. El panel táctil fue ampliamente adoptado por la industria. Synaptics también introdujo las primeras pantallas táctiles que finalmente se adoptaron para teléfonos y tabletas inteligentes; aplicaciones que ahora dominan el mercado. A Faggin se le ocurrió la idea general del producto y dirigió un grupo de ingenieros que refinaron aún más la idea a través de muchas sesiones de lluvia de ideas. Faggin es coinventor de diez patentes asignadas a Synaptics. Es presidente emérito de Synaptics.

Foveón

Durante su mandato como presidente y director ejecutivo de Foveon, de 2003 a 2008, Faggin revitalizó la empresa y proporcionó una nueva dirección tecnológica y comercial que dio como resultado sensores de imagen superiores en todos los parámetros críticos a los mejores sensores de la competencia, mientras utilizaba aproximadamente la mitad del tamaño de chip de los dispositivos de la competencia. Faggin también supervisó la exitosa adquisición de Foveon por parte de la japonesa Sigma Corporation en noviembre de 2008.

Fundación Federico y Elvia Faggin

Fundada en 2011 la "Fundación Federico y Elvia Faggin" apoya el estudio científico de la conciencia en universidades e institutos de investigación de EE. UU. El propósito de la Fundación es avanzar en la comprensión de la conciencia a través de la investigación teórica y experimental. El interés de Faggin por la conciencia tiene sus raíces en el estudio de las redes neuronales artificiales en Synaptics, una empresa que fundó en 1986, que impulsó su investigación sobre si es posible o no construir una computadora consciente.

La teoría de la conciencia

En 2022, en el libro "Irriducibile. La coscienza, la vita, i computer e la nostra natura" (Irreducible. Conciencia, vida, computadoras y nuestra naturaleza) propuso una teoría sobre la conciencia según la cual es un fenómeno puramente cuántico, único para cada uno de nosotros en el sentido de que, según el teorema cuántico de no clonación, no es reproducible, por lo que ninguna máquina puede jamás recrearlo (no es reducible a mecanismos) y continúa existiendo incluso después de la muerte del cuerpo. La teoría se basa en los estudios del profesor Giacomo D'Ariano que reformulan la teoría cuántica sobre principios de información.

Documentos originales

Sobre la tecnología MOS Silicon Gate (SGT) y el Fairchild 3708 (la primera aplicación de SGT)

• Faggin, F., Klein, T. y Vadasz, L.: Insulated Gate Field Effect Transistor Integrated Circuits with Silicon Gates. La Tecnología de Silicon Gate con puertas autoalineadas fue presentada por su desarrollador Federico Faggin en la Reunión Internacional de Electrones de IEEE el 23 de octubre de 1968, en Washington D.C. Esta nueva tecnología empoderó el diseño de memorias RAM dinámicas, memorias no volátiles, sensores CCD y el microprocesador.
• Federico Faggin y Thomas Klein.: "Una generación más rápida de dispositivos MOS con bajos puntos de vista está montando la cima de la nueva ola, de Silicon-Gate IC". El artículo publicado en Electrónica (29 de septiembre de 1969) presenta el Fairchild 3708, el primer circuito integrado comercial del mundo utilizando Silicon Gate Technology, diseñado por Federico Faggin en Fairchild en 1968.
• F. Faggin, T. Klein: Silicon-Gate Technology. "Solid State Electronics", 1970, Vo. 13, págs. 1125 a 1144

En el microprocesador Intel 4004

• F. Faggin y M. E. Hoff: "Standard Parts and Custom Design Merge in a Four-chip Processor Kit". Electrónica24 de abril de 1972
• F. Faggin, et al.: "The MCS-4 An LSI Microcomputer System". IEEE 1972 Region Six Conference

• Faggin, Federico; Capocaccia, F. "A New Integrated MOS Shift Register", Proceedings XV International Electronics Scientific Congress, Roma, abril de 1968, pp. 143-152. Este artículo describe un nuevo registro de cambios MOS estático, desarrollado en SGS-Fairchild (ahora ST Micro) a finales de 1967, antes de que Federico Faggin se uniera a Fairchild's R PulD en Palo Alto (Ca) en febrero de 1968. Faggin más tarde utilizó este nuevo registro de cambios en los chips MCS-4, incluyendo el 4004.
• Inicial F.F. (Federico Faggin) en el diseño 4004 (1971). El 4004 lleva las iniciales F.F. de su diseñador, Federico Faggin, grabado en una esquina del chip. Firmar el chip fue un gesto espontáneo de autoría orgullosa y también fue una idea original imitada después de él por muchos diseñadores de Intel.
• Busicom 141-PF Calculadora de impresión Prototipo de ingeniería (1971). (Gift of Federico Faggin to the Computer History Museum, Mountain View, CA). El catálogo de colección CHM muestra imágenes del prototipo de ingeniería de la calculadora de escritorio Busicom 141-PF. El prototipo de ingeniería utilizó el primer microprocesador del mundo para haber sido producido. Este prototipo único fue un regalo personal del presidente de Busicom, Sr. Yoshio Kojima, a Federico Faggin, por su exitoso liderazgo en el diseño y desarrollo de los 4004 y otros tres chips de memoria e I/O (el chipset MCS-4). Después de mantenerlo en su casa durante 25 años, Faggin lo donó a la CHM en 1996.

Publicaciones

Artículos

• "El nacimiento del microprocesador" de Federico Faggin. Byte, March 1992, Vol.17 No.3, pp. 145–150.
• "La historia de los 4004" de Federico Faggin, Marcian E. Hoff Jr., Stanley Mazor, Masatoshi Shima. IEEE Micro, Diciembre 1996, Volumen 16 Número 6.
• "El microprocesador 4004 de Faggin, Hoff, Mazor y Shima". IEEE Solid State Circuits Magazine, Winter 2009 Vol.1 No.1.
• "La tecnología de puertas de silicio MOS y los primeros microprocesadores" de Federico Faggin. La Rivista del Nuovo Cimento, año 2015, edición 12-diciembre. SIF (Sociedad Física Italiana)
• "Cómo hicimos el microprocesador" de Federico Faggin. Nature Electronics, Vol. 1, enero 2018. Publicado en línea: 8 enero 2018
• "Hard Problem and Free Will: an information-theoretical approach" de Giacomo Mauro D'Ariano y Federico Faggin. arXiv:2012.06580 28Jan2021

Libros

• Silicon: De la Invención del Microprocesador a la Nueva Ciencia de la Conciencia por Federico Faggin. Waterside Productions (Febrero 2021)
• Inteligencia Artificial Versus Natural Intelligence. Springer International Publishing, enero 2022
• Irriducibile - La coscienza, la vita, i computer e la nostra natura por Federico Faggin. Mondadori (Agosto 2022) "Sono convinto che quando capiremo che la fisica quantistica non descrive la realtà esteriore ma quella interiore essa cesserà di essere incomprensibile. ”

Premios

Fuente de los premios mencionados anteriormente:

• 2012: Premio Mundial de Tecnología de la Información del Presidente de Armenia.
• 2012: Doctor honorario de la Universidad Politécnica (Armenia)
• 2012: Premio Franca Florio, otorgado por Ministro Francesco Profumo y Prof. Ing. Patrizia Livreri
• 2013: Doctor honorario en ciencias de la Universidad Chapman (CA)
• 2014: Enrico Fermi Premio, otorgado por la Sociedad Italiana de Física: "Para la invención de la tecnología de puertas de silicio MOS que le llevó a la realización en 1971 del primer microprocesador moderno".
• 2018 IEEE Premio Honorario de la Sección de Italia a Federico Faggin por sus contribuciones destacadas a la auto alineada teoría de la puerta de silicio MOS y al desarrollo del primer microprocesador
• 2018 AAAS Fellow by the American Association for the Advancement of Science
• 2019: PhD (Dottorato di ricerca) honis causa in computer engineering from the University of Pisa (Italia) Università di Pisa.