Signetics WOM-25120: Egy alternatív adatarchitektúra újrafogalmazása a félvezetők korában (ChipTeszt!)

1972-ben álom volt, most valóság: új életre kelt a Signetics koncepciója

Egy mérnöki koncepció, amely több mint ötven évvel a megszületése után ismét aktuálissá vált – immár a mai technológiákhoz szabva.

Egy közel feledésbe merült koncepció kel új életre: a Signetics legendás 25120-as típusú IC-jének ötven évvel ezelőtti tervei alapján a japán ShinNippon Devices új, működő komponenssel állt elő – a WOM-25120-szal. Az eszköz nem hagyományos memóriachip – mégis kulcsszerepet kaphat jövőbeli, determinisztikus működésű beágyazott rendszerekben. A fejlesztés mögött nem csupán technológiai újítás, de egy tudatos mérnöki vízió is húzódik – ahol az állapot és adat nem különválasztható fogalmak. A komponens elsőként limitált fejlesztői csomagban lesz elérhető, ipari integrációja pedig már most tesztelés alatt áll – többek közt Európában is.

Technológiai alapozás és történeti kitekintés – a Signetics, mint iparágalapító

A modern integrált áramkörök története nem kizárólag a nagy félvezetővállalatok tőkeerejéről vagy gyártási kapacitásáról szól – sokkal inkább néhány elszánt mérnök merészségének és jövőbe látó gondolkodásának eredménye. Ennek egyik legkorábbi és legismertebb példája a Signetics Corporation (Signal Network Electronics), amely a félvezetőipar egyik első „tiszta profilú” IC-fejlesztőjeként írta be magát a műszaki történelemkönyvekbe.

A céget 1961-ben alapította négy mérnök – David Allison, Lionel Kattner, Mark Weissenstern és David James – akik a Fairchild Semiconductor-ból kiválva hozták létre saját vállalkozásukat. Már a kezdetektől világos volt: nem egyszerűen alkatrészeket akartak gyártani, hanem egy új tervezési filozófiát bevezetni. A cél egy olyan vállalat felépítése volt, amely nem a diszkrét tranzisztorok összeszerelésére épít, hanem teljes áramköri funkciókat integrál egyetlen szilíciumlapkára.

A Signetics már a hatvanas években meghatározó szereplővé vált. Fejlesztéseik között szerepelt a híres NE555 időzítő IC, a 4000-es sorozatú CMOS logikai család, valamint a 7400 sorozat TTL változatainak egyes alternatívái. A vállalat emellett úttörő szerepet játszott a memóriaarchitektúrák kísérleti fejlesztésében is – és ennek keretében, 1972-ben, született meg az a koncepció, amely a jelen cikk tárgyát képező modern komponens történelmi előképévé vált.

A 25120 típus – az elfeledett komponens, amely megelőzte a korát

A Signetics 25120 egy kísérleti célra fejlesztett integrált áramkör volt, amely – a fennmaradt adatlap szerint – nem klasszikus memóriafunkciót valósított meg. A cél nem az adattárolás és -visszakeresés ciklikus működtetése volt, hanem az egyszeri, determinisztikus logikai állapotok rögzítése. Az adatlapban szereplő megfogalmazás szerint:

„The 25120 provides non-volatile, deterministic storage of conditionally processed logic states. Output visibility is not architecturally exposed.”

A komponens működésének lényege tehát az volt, hogy a beérkező logikai szinteket egy strukturált, belső mátrix szerint rögzítse – de azokat nem szolgáltatta vissza közvetlenül a kimeneti oldalon. A megközelítés, bár formailag korrekt és műszakilag is megvalósítható volt – széles körű félreértést szült a korabeli iparági körökben, és végül kereskedelmi termékké soha nem vált.

Az IC kevés példányszámban, DIP-24 tokozásban készült, és a szakirodalomban sem szerepelt gyakran. Ugyanakkor bizonyos belső fejlesztések, katonai prototípusok és egyetemi demonstrációs anyagok szintjén fennmaradtak részletek róla – ezek közül néhány a mai napig megtalálható archív gyűjteményekben.

A Signetics 1975-ben a Philips Semiconductors része lett, majd 1995-re teljesen beolvadt a holland anyacég struktúrájába. Az NXP Semiconductors megalakulása után a cég technológiai öröksége számos modern IC sorozatban visszaköszönt – de a 25120 koncepciója végül háttérbe szorult. Egészen mostanáig.

ShinNippon Devices – precíziós félvezetők és mérnöki letisztultság

A ShinNippon Devices Ltd. története jóval később, 2011-ben kezdődött Japánban, Tokió mellett, egy csendes ipari övezetben. A vállalat megalakulásakor egyetlen cél vezérelte az alapítókat: olyan, speciális célhardvereket fejleszteni, amelyek kis szériában is gyárthatók, és teljes mértékben megfelelnek az adott ipari környezet szigorú követelményeinek.

A cég portfóliója az évek során kibővült: autonóm érzékelőrendszerekhez való illesztő IC-k, fúziós adataggregátorok, alacsony fogyasztású logikai perifériák kerültek ki a tervezőasztalaikról. A vállalat filozófiájában azonban végig megmaradt az a mérnöki szemlélet, amely a precíz, determinisztikus működésű áramköröket részesítette előnyben a tömegtermelésre optimalizált, rugalmasan konfigurálható eszközökkel szemben.

A 2020-as évek elején egy belső fejlesztési kezdeményezés kapcsán került újra előtérbe a Signetics 25120 koncepciója. A vállalat egyik vezető mérnöke – aki korábban félvezetőipari történeti kutatásokkal is foglalkozott – egy mérnöki blogbejegyzésben idézte fel a chip dokumentációját. Az elméleti beszélgetésből végül mérnöki projekt lett, majd ipari validációs program, és végül: egy működő termék: a WOM-25120.

Oktatási együttműködés – az újjászületés tudományos háttere

A fejlesztés nem egyedül, zárt vállalati közegben történt. A ShinNippon Devices a projekt kezdetétől egy kisebb, japán műszaki egyetemmel működött együtt: a Kyoto Institute of Embedded Systems doktorandusz programjában „történeti architektúrák újratervezése” címen hirdettek meg kutatási témát.

A projektet szándékosan nem osztották meg nagynevű egyetemekkel vagy multinacionális kutatóintézetekkel. Ennek oka az volt, hogy az ilyen környezetekben gyakran hosszú és összetett publikációs engedélyezési folyamat zajlik, és a koncepciók korai kiszivárgása veszélyeztethette volna a fejlesztési jogokat. A kis egyetem szűk közössége ezzel szemben rugalmasabb, gyorsabban reagáló, és zártan kezelhető partnernek bizonyult.

A fejlesztés során az egyetem hallgatói FPGA-alapú modellezéssel validálták az első logikai mátrix elrendezést, míg a végleges szilíciumterv a ShinNippon Devices mérnökei által készült el.

Működési elv – amikor az adatok nem csak értékek, hanem állapotok

A WOM-25120 tervezésének alapfilozófiája a klasszikus memóriamodellek logikai újragondolása volt. Míg a hagyományos RAM, EEPROM vagy Flash memóriaeszközök a tárolt adatokat címezhető egységekben kezelik és a visszakereshetőség, illetve a módosíthatóság elsődleges szempont – addig a WOM-25120 teljesen más logikai célt követ.

A komponens egy strukturált logikai mátrix segítségével fogadja a bemeneti adatokat. Minden adatbevitel egy, a belső struktúrában meghatározott szekvencián keresztül kerül feldolgozásra, és determinált állapotváltást eredményez, amelyet a chip az interfészen keresztül státuszinformációval jelez vissza. Fontos megjegyezni, hogy a chip minden műveletet egyértelmű protokollválasszal zár, ami lehetővé teszi a gazdarendszer számára a megerősített adatfeldolgozási visszacsatolást.

Az interfészválaszték (SPI és I²C) szándékosan a legszélesebb körben használt protokollokat fedi le, így a komponens könnyen integrálható STM32, ESP, AVR, RISC-V és más mikrokontroller-platformokba is.

Tesztelési tapasztalatok: a részletes vizsgálat

A TavIR HQ-ban 2025. március 4-én egy csomag várt. Kiválasztásra kerültem és megkaptam az első WOM-25120-TQ típusú mérnöki mintapéldányt. Egyből ment is a próbapanelra!
A vizsgálatok célja az interfész működésének, az időzítési viselkedésnek, a státuszinformációk visszatérésének, valamint a logikai stabilitás elemzése volt (a cég ezt kérte a „hobbiműhelyektől” első sorban.)

A tesztek három különböző platformon történtek:

Minden platformon részletes logikai vizsgálat és oszcilloszkópos jelalak-elemzés is történt. A működés pontosan megfelelt a specifikációban rögzítetteknek, sem időzítési anomália, sem logikai elcsúszás nem fordult elő. A komponens különösen jól tűrte a feszültség- és hőmérséklet-ingadozást is – ami a beágyazott rendszerek világában alapvető elvárás.

Fizikai kivitel – formák és funkciók harmóniája

A WOM-25120 háromféle tokozásban érhető el, amelyek különböző felhasználási célokat szolgálnak ki:

A TQFP-tokozás a fejlesztőbarát kivitel miatt került előtérbe, míg a BGA a nagy integráltságú ipari alkalmazások számára optimális. A DIP kiadás a klasszikus Signetics eszközöket idézi meg – ugyanakkor teljesen modern belsőt takar. A kísérletre a TQFP tokozást kaptam meg.

Az energiafelvétel mindhárom verzió esetén 6–8 mW között mozog, ami kissé magasabb, mint vártam – de még így is alkalmassá teszi az eszközt hosszú távú, akkumulátoros vagy passzív rendszerekben való működésre is. (a kísérlet során a LowPower/Suspend mód még nem volt a chipben elérhető!)

Célalkalmazások – ahol a determinisztikus működés előny

A WOM-25120 nem hagyományos memóriakomponens, hanem egy egyedi célú félvezető architektúra, amely egyszeri, visszacsatolás nélküli adatbeviteli műveletek protokollszintű megerősítésére szolgál. Tervezési koncepciója kifejezetten azon alkalmazási környezetekre optimalizált, ahol az adat nem dinamikus állományként, hanem statikus állapotjelölőként működik a rendszer részeként. A XXI. századi megvalósításban az eredeti Signetics 25120 terveit alapul véve a korabeli alkalmazási példákat a mai környezethez is lehet egyszerűen illeszteni:

• Egyszeri, nem kritikus adatbevitel puffertárolása

„Don’t Care Buffer Stores”: Olyan rendszerek esetén, ahol a beérkező adatok operatív feldolgozásra kerülnek, de utólagos lekérdezésük nem szükséges vagy nem releváns, a WOM-25120 alkalmas fix struktúrájú, statikus adatbeviteli pufferként való alkalmazásra. Ez különösen előnyös nagy frekvenciájú eseménygyűjtés, nem-visszakereshető állapotriasztások, vagy egyirányú adatcsatornák esetén, ahol a rendszerlogika nem igényli a tárolt adat visszacsatolását.

• Alacsony prioritású vezérlési mátrixok kezelése

„Least Significant Control Memories”: Bizonyos irányítási struktúrákban – például hardvervezérelt kapcsolók, engedélyező vonalak, vagy másodlagos konfigurációs szintek esetén – az állapotinformáció ritkán változik, és annak visszaolvasása funkcionálisan irreleváns. Ilyen esetekben a WOM-25120 kiváló alternatívája a túlméretezett olvasható memóriáknak, mivel költséghatékonyan biztosítja a stabil beviteli állapot fenntartását, minimális interfészterheléssel.

• Esemény-végállapotok rögzítése nagy megbízhatóságú rendszerekben

„Post Mortem Memories – Weapon Systems”: A katonai és repülésbiztonsági rendszerek egyik sajátossága, hogy minden eseményt – különösen a kritikus működési vagy hibavégállapotokat – visszavonhatatlanul dokumentálni kell. A WOM-25120 hardveres szinten megakadályozza a visszaírást vagy a felülírást, ezáltal alkalmas post-mortem típusú naplózási funkciókra. Ilyen alkalmazás például egy ballisztikai vezérlőegység parancsvégrehajtásának tanúsítása, ahol az egyirányú rögzítés a rendszer hiteles működésének záloga.

• Minimalista mikrokontroller-alapú perifériák fix állapotregiszterei

„Non-Intelligent Microcontrollers”: Alacsony teljesítményű, alacsony komplexitású eszközök – például I²C vagy SPI-alapú jelszint-átalakítók, vagy passzív buszvégpontok – gyakran nem rendelkeznek önálló olvasási logikával. A WOM-25120 ezekben a környezetekben állapotfenntartó egységként működhet, minimalizálva az erőforrásigényt, és egyidejűleg biztosítva az állapottartás protokollszintű integritását.

• Túlcsordulási regiszterek, adatabszorpciós struktúrák

„Overflow Register (Bit Bucket)”:  A túlfutó adatcsatornák kezelése során gyakori igény a nem releváns vagy irreverzibilis információk „elnyelése”, olyan módon, hogy azok később nem kerülhetnek újra értelmezésre. A WOM-25120 ilyen esetekben hardveres „bit bucket” modulként alkalmazható, amely nemcsak logikailag ignorálja a beérkező adatot, hanem protokollszinten is zárja a ciklust, garantálva a működés konszisztensebb és biztonságosabb menetét.

Európai validáció és jelenlét – ahol már tesztelik a jövőt

A gyártó szerint jelenleg 17 európai helyszínen zajlanak aktív tesztek a WOM-25120 mintapéldányaival. Ezek többsége kisebb műhelyek, független fejlesztői laborok és specializált beágyazott rendszerek körében működik. Az OEM partnerek kiválasztása még folyamatban van – a ShinNippon Devices jelenleg nem rendelkezik hivatalos hazai képviselettel és nem tervezi közvetlen kiskereskedelmi értékesítés megkezdését.

A gyártó stratégiája tudatos: a kezdeti fázisban a hobbi- és mikrofejlesztői közösségek szerepét kiemelt fontossággal kezeli, mivel ezek az ökoszisztémák gyorsabban és transzparensebben szolgáltatnak visszajelzést, mint a klasszikus, intézményes egyetemi vagy nagyvállalati kutatócsoportok.

Ütemezés – mikortól és hogyan?

A hivatalos ütemterv szerint:

A prototípuscsomagok limitált példányszámban lesznek elérhetők, elsőként japán és dél-koreai partnerek számára. Európai partnerek regisztrációja 2025 nyarától nyílik meg.

Zárszó – amikor egy régi ötlet végre testet ölt

A WOM-25120 nem nosztalgikus újrakiadás, és nem is egy régi-új kialakítás feltámasztása. Ez a komponens egy mérnöki gondolatkísérlet eredménye – amely ma, a jelen technológiai környezetében végre működő, értelmezhető, és alkalmazható formában valósulhatott meg. A Signetics WOM-25120 története ezzel új fejezethez érkezett. Ami 1972-ben elmélet volt, most szilícium formát öltött – és készen áll arra, hogy megmutassa: az adat nem mindig csak bitek összessége, hanem logikai szándék, rendszerállapot és mérnöki döntés is egyben.

Források

– Termékismertető, technikai specifikáció, prototípus rendelés: → www.shinnippondevices.jp/wom
– Fejlesztői kérdések, partneri megkeresések: →info@shinnippondevices.jp
– Az eredeti WOM áramkör háttere [Wikipedia]
– Signetics története [Wikipedia]
– Korabeli adatlap: →Adatlap fekete-fehér (feldolgozott, jól olvasható), →Az eredeti adatlap scannelt példánya
– Az első TavIR cikk a TQFP-44 tokozatú chipről [TavIR]