Tecnología MOS

MOS Technology, Inc. ("MOS" es la abreviatura de Metal Oxide Semiconductor), más tarde conocido como CSG (Commodore Semiconductor Group) y GMT Microelectronics, era una empresa de diseño y fabricación de semiconductores con sede en Audubon, Pensilvania. Es más famoso por su microprocesador 6502 y varios diseños para la gama de computadoras domésticas de Commodore International.

Historia

A 1973 MOS Anuncio tecnológico destacando sus capacidades de circuito integrado personalizado

Tres ex ejecutivos de General Instrument, John Paivinen, Mort Jaffe y Don McLaughlin, formaron MOS Technology en Valley Forge, Pensilvania en 1969. Allen-Bradley Company buscaba proporcionar una segunda fuente de calculadoras electrónicas y sus chips diseñados por Texas. Instrumentos (TI). En 1970, Allen-Bradley adquirió una participación mayoritaria en MOS Technology.

A principios de la década de 1970, TI decidió lanzar su propia línea de calculadoras, en lugar de vender solo los chips que contenían, y las presentó a un precio inferior al del conjunto de chips. Muchas de las primeras empresas de chips dependían de las ventas de chips de calculadora y fueron eliminadas como consecuencia; los que sobrevivieron lo hicieron encontrando otros chips para producir. MOS se convirtió en proveedor de Atari y produjo un sistema Pong de un solo chip personalizado.

Las cosas cambiaron drásticamente en 1975. Varios de los diseñadores del Motorola 6800 abandonaron Motorola poco después de su lanzamiento, luego de que la gerencia les dijera que dejaran de trabajar en una versión de bajo costo del diseño. En ese momento no existía una fundición de semiconductores pura, por lo que tuvieron que unirse a una empresa de construcción de chips para producir su nueva CPU. MOS era una pequeña empresa con buenas credenciales en el área correcta, la costa este de los EE. UU. El equipo de cuatro ingenieros de diseño estaba encabezado por Chuck Peddle e incluía a Bill Mensch. En MOS, se propusieron construir una nueva CPU que superaría a la 6800 y, al mismo tiempo, sería similar en propósito y mucho menos costosa. El diseño resultante del 6501 era algo similar al del 6800, pero al usar varias simplificaciones de diseño, el 6501 sería hasta cuatro veces más rápido.

Fijación de mascarillas

Los diseños de CPU anteriores, como el 6800, se producían con un dispositivo conocido como alineador de contacto. Se trataba esencialmente de una fotocopiadora compleja, que reproducía ópticamente un diseño de CPU, o 'máscara', en la superficie del chip de silicio. El nombre "contacto" se refirió al hecho de que la máscara se colocaba directamente sobre la superficie del chip, lo que tenía la importante desventaja de que a veces extraía materiales del chip, que luego se copiaban en chips posteriores. Esto hizo que la máscara se volviera inútil después de una docena de copias y resultó en que la gran mayoría de los chips tuvieran fallas fatales; para un chip complejo como el 6800, solo alrededor del 10% de los chips funcionaría una vez que se completara el proceso de enmascaramiento.

En 1974, Perkin-Elmer presentó públicamente el sistema Micralign, el primer escáner de proyección. En lugar de colocar la máscara en la superficie del chip, la mantuvo alejada de la superficie y utilizó una óptica de alta precisión para proyectar la imagen. Las máscaras ahora duraban miles de copias en lugar de decenas, y la tasa de fallas de los chips se invirtió, de modo que quizás el 70% de los chips producidos funcionarían. El resultado fue una inversión similar en los precios. El 6800 se vendió en lotes pequeños por $295; sin más cambios que usar un Micralign, el mismo diseño podría venderse por $42.

El cambio a Microalign reveló una ventaja adicional. Anteriormente, las máscaras eran producidas en masa por compañías de fotografía como Kodak, que hacían decenas de miles de copias de una máscara maestra, o 'retícula', y enviaban las máscaras a los alineadores por camiones. Esto significaba que si se encontraba una falla en el diseño, costaría una cantidad significativa de dinero arreglarla, ya que todas las máscaras más antiguas tendrían que desecharse. Por el contrario, con Micralign solo había una máscara por alineador, por lo que no había ningún costo inherente en reemplazar la máscara si fuera necesario, aunque el costo, y especialmente el tiempo, de producir estas máscaras maestras era considerable.

MOS desarrolló la capacidad de "arreglar" sus máscaras después de haberlas producido. Esto significaba que, a medida que se descubrían fallas en el diseño, las máscaras podían quitarse de los alineadores, arreglarse y volver a colocarse. Esto les permitió eliminar rápidamente las fallas en las máscaras originales.

Las líneas de producción de la empresa generalmente invertían los números que otros estaban logrando; incluso las primeras ejecuciones de un nuevo diseño de CPU, lo que se convertiría en el 6502, estaban logrando una tasa de éxito del 70 por ciento o más. Esto significó que sus diseños no solo eran más rápidos, sino que también costaban mucho menos.

6502 familia

Cuando se anunció el 6501, Motorola inició una demanda casi de inmediato. Aunque el conjunto de instrucciones del 6501 no era compatible con el 6800, se podía conectar a los diseños de placas base existentes porque tenía la misma disposición funcional de pines y el mismo tamaño del paquete IC. Eso fue suficiente para permitir que Motorola demandara. Allen-Bradley vendió sus acciones a los fundadores, las ventas del 6501 básicamente se detuvieron y la demanda se prolongó durante muchos años antes de que MOS finalmente se viera obligado a pagar US$200,000 en multas.

Mientras tanto, MOS había comenzado a vender el 6502, un chip capaz de operar a 1 MHz en septiembre de 1975 por tan solo 25 USD. Era casi idéntico al 6501, con solo unas pocas diferencias menores: un oscilador de reloj en el chip agregado, una disposición de pines funcional diferente, generación de la señal SYNC (que admite paso a paso de una sola instrucción) y eliminación de las señales de control de habilitación del bus de datos (DBE y BA, con el primero conectado directamente al reloj de fase 2 en su lugar). Superó al más complejo 6800 e Intel 8080, pero costó mucho menos y fue más fácil trabajar con él. Aunque no tenía la ventaja del 6501 de poder usarse en lugar del Motorola 6800 en el hardware existente, era tan económico que rápidamente se volvió más popular que el 6800, lo que lo convierte en un punto discutible.

Imagen de la placa de circuito de un Commodore 64 mostrando algunos circuitos importantes de la tecnología MOS: la CPU 6510 (chip de largo, inferior izquierda) y la SID 6581 (derecha). La semana/año de producción (WWYYY) de cada chip se da debajo de su nombre.

El 6502 era tan barato que muchas personas creyeron que era una estafa cuando MOS lo mostró por primera vez en una feria comercial de 1975. No conocían las técnicas de enmascaramiento de MOS y cuando calcularon el precio por chip a las tasas de rendimiento actuales de la industria, no cuadraron. Pero cualquier vacilación para comprarlo se evaporó cuando tanto Motorola como Intel bajaron los precios de sus propios diseños de $179 a $69 en el mismo espectáculo para poder competir. Sus movimientos legitimaron el 6502 y, al final del espectáculo, el barril de madera lleno de muestras estaba vacío.

El 6502 se convertiría rápidamente en uno de los chips más populares de su época. Varias empresas obtuvieron la licencia de la línea 650x de MOS, incluidas Rockwell International, GTE, Synertek y Western Design Center (WDC).

Se ofrecieron varias versiones diferentes de la CPU básica, conocidas como 6503 a 6507, en paquetes de 28 pines a un costo más bajo. Los diversos modelos eliminaron los pines de señal o dirección. De lejos, el más popular de estos fue el 6507, que se utilizó en las unidades de disco Atari 2600 y Atari. El 6504 a veces se usaba en impresoras. MOS también lanzó una serie de CPU similares que utilizan relojes externos, que agregaron un "1" al nombre en el tercer dígito, como 6512 a 6515. Eran útiles en sistemas en los que el soporte del reloj ya lo proporcionaba otra fuente en la placa base. La adición final fue el "crossover" 6510, utilizado en el Commodore 64, con puertos de E/S adicionales.

Grupo de semiconductores Commodore

Por muy exitoso que fuera el 6502, la propia empresa estaba teniendo problemas. Casi al mismo tiempo que se lanzaba el 6502, todo el mercado de circuitos integrados para calculadoras de MOS colapsó y sus productos existentes anteriores dejaron de enviarse. Pronto estuvieron en serios problemas financieros. Otra empresa, Commodore Business Machines (CBM), había invertido mucho en el mercado de las calculadoras y también fue casi eliminada por la entrada de TI en el mercado. Una nueva inyección de capital salvó a CBM y le permitió invertir en proveedores de la empresa para ayudar a garantizar que su suministro de circuitos integrados no volviera a verse afectado de esta manera. Entre las diversas empresas se encontraban fabricantes de pantallas LED, controladores de potencia y proveedores de chips de controladores, incluido MOS.

A finales de 1976, CBM, que cotizaba en la Bolsa de Nueva York con una capitalización de mercado de alrededor de 60 millones de dólares, compró MOS (cuya capitalización de mercado era de alrededor de US$12 millones) en un acuerdo de acciones. Los titulares de MOS recibieron una participación accionaria del 9,4 por ciento en CBM con la condición de que Chuck Peddle se uniera a Commodore como ingeniero jefe. El acuerdo se concretó y, aunque la empresa se convirtió básicamente en el brazo de producción de Commodore, continuaron usando el nombre MOS durante algún tiempo para que los manuales no tuvieran que reimprimirse. Después de un tiempo, MOS se convirtió en el Commodore Semiconductor Group (CSG). A pesar de haber sido renombrado a CSG, todos los chips producidos todavía estaban estampados con el antiguo "MOS" logotipo hasta 1989.

MOS había diseñado previamente un kit de computadora simple llamado KIM-1, principalmente para "presumir" el chip 6502 En Commodore, Peddle convenció al propietario, Jack Tramiel, de que las calculadoras eran un callejón sin salida y que las computadoras domésticas pronto serían enormes.

Sin embargo, el grupo de diseño original parecía estar incluso menos interesado en trabajar para Jack Tramiel que para Motorola, y el equipo rápidamente comenzó a separarse. Uno de los resultados fue que el chip 6522 (VIA) recién terminado quedó sin documentar durante años.

Bill Mensch dejó MOS incluso antes de la adquisición de Commodore y se mudó a Arizona. Después de un breve período de consultoría para una empresa local llamada ICE, creó el Western Design Center (WDC) en 1978. Como licenciatario de la línea 6502, sus primeros productos fueron versiones CMOS del 6502 con corrección de errores y bajo consumo de energía (el 65C02, como un chip separado e integrado dentro de un microcontrolador llamado 65C150). Pero luego ampliaron la línea en gran medida con la introducción del 65816, una actualización de 16 bits bastante sencilla del 65C02 original que también podría ejecutarse en modo de 8 bits por compatibilidad. Desde entonces, WDC trasladó gran parte del catálogo MOS original a CMOS, y el 6502 siguió siendo una CPU popular para el mercado de sistemas integrados, como equipos médicos y controladores de salpicaderos de automóviles.

Microelectrónica GMT

Después de la bancarrota de Commodore en 1994, Commodore Semiconductor Group, el sucesor de MOS, fue comprado por su antigua gerencia por alrededor de 4,3 millones de dólares, más 1 millón de dólares adicionales para cubrir gastos diversos, incluida la licencia de la EPA. Dennis Peasenell se convirtió en director ejecutivo. En diciembre de 1994, la EPA celebró un Acuerdo de Compra Prospectiva (que limita la responsabilidad de la empresa a cambio de compartir los costos de limpieza) con GMT Microelectronics. En 1994, la empresa, operando bajo el nombre de GMT Microelectronics (Great Mixed-signal Ttecnologías), reabrió la fábrica original de un micrómetro de alrededor de 1970 de MOS Technology en Audubon, condado de Montgomery, Pensilvania, que Commodore había cerrado en 1993.

La planta había estado en la Lista de Prioridades Nacionales de sitios de desechos peligrosos de la EPA desde el 4 de octubre de 1989. Esto se debió a una fuga de tricloroetileno (TCE) en 1974 de un tanque subterráneo de almacenamiento de concreto de 250 galones utilizado por Commodore Business Machines en el proceso de limpieza de semiconductores. Las fugas del tanque habían causado que el agua subterránea local se contaminara con TCE y otros compuestos orgánicos volátiles (COV) en 1978. En 1999, GMT Microelectronics tenía $21 millones en ingresos y 183 empleados trabajando en el sitio. Anunciado en marzo de 1999, GMT habría brindado servicios de fundición basados en los procesos de resistencia de película delgada SiCr y bipolar de TelCom y habría sido una fuente alternativa autorizada para los productos basados en bipolar de TelCom, con una producción de 10,000 5- obleas de pulgadas por mes, produciendo dispositivos CMOS, BiCMOS, NMOS, bipolares y SOI. En 2000, GMT Microelectronics interrumpió sus operaciones y abandonó todos sus activos en el sitio de superfondo de Commodore Semiconductor Group.

Convención de nomenclatura de chips

La mayoría de los chips MOS se nombran de acuerdo con las siguientes reglas, que muestran la tecnología utilizada (diseño de puerta lógica):

• NMOS (M65xx)
• CMOS (M65Cxx)
• HMOS (M75xx)
• HMOS-2 (M85xx)

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