ナバホ織としてのPentium
(righto.com)- 伝統的なナバホ織が Intel Pentiumのダイ画像 を芸術作品へと移し替え、半導体レイアウトと織物の抽象性が交差する珍しい事例となっている
- Marilou Schultzは1994年に伝統的な素材と技法で Replica of a Chip を制作し、Intelはこの作品をAISESへの贈り物として依頼した
- この作品は単なる装飾ではなく、Pentiumの実行ユニット、キャッシュ、バスインターフェース、multiprocessor logic に至るまで識別できるほど、ダイ構造を正確に反映している
- New MexicoのIntel施設とFairchild Shiprock工場は、半導体産業がナバホ共同体と結んだ経済・文化・労働の複雑な関係を示している
- Fairchild 9040とPentiumの対比は、16個のトランジスタから330万個のトランジスタへと拡大した集積回路のスケール変化を直感的に示している
Pentiumダイを織物に移した作品
- Marilou Schultzの1994年の作品 Replica of a Chip は、Intel Pentiumチップの画像をナバホ織にした作品である
- Intelが AISES への贈り物として依頼した
- この作品は、抽象美術と織物の接点を扱う Woven Histories: Textiles and Modern Abstraction 展に含まれている
- Schultzはナバホ/Dinéの織り手であり数学教師でもあり、4世代にわたる織り手の家系で育ち、幼少期から羊毛の下処理、糸紡ぎ、織りを学んだ
- Pentiumの織物はダイ写真をもとに制作された
- ダイの各辺を 64区画 に分けてパターンを写した
- 境界に立体感を与える raised outline 技法を用いた
- 伝統的な植物染料を使い、クリーム色の領域はNavajo-Churro羊毛の自然色である
- 糸は一般的な編み物用の糸よりやや細く、1日の作業で織物は1〜1.5インチずつ進んだ
- Pentiumは伝統的なラグと異なり 対称性に乏しい構造 のため、織りの題材としても興味深い形になっている
展示された面と実際のダイの向き
- Pentiumの織物は、爪ほどの大きさのシリコンダイ上にある 300万個以上のトランジスタ と表面構造をかなり正確に再現している
- 展示された織物は、実際のPentiumダイと比べると鏡像のように見える
- Schultzは写真と一致するように織ったと説明している
- ナバホ織は表裏が厳密に決まっておらず両面のデザインが似ているため、ギャラリーが任意の面を展示した
- その結果、物理的なダイを基準にすると反転した画像が展示された
- その後の比較では、物理的なダイに合わせるため織物画像を反転して使用している
織物から読み取れるPentiumの構造
- Pentiumの織物は、実際のチップの機能ブロックを示せるほど細部構造が保たれている
- 中央の integer execution units は、整数演算と複数の機能を担うプロセッサの中核部である
- Pentiumは32ビットプロセッサなので、整数実行ユニットは32ビット幅の縦長の長方形構造として現れている
- 横方向の縞は、加算器、乗算器、シフタ、レジスタといった回路の種類に対応している
- 右側の floating point unit は、小数部を持つ浮動小数点数を処理する
- スプレッドシートやCAD図面のようなアプリケーション計算に使われる
- 浮動小数点数はより多くのビットで表現されるため、縞の幅もより広い
- 上部の領域は命令処理の流れを示している
- instruction fetch はソフトウェアを構成する機械語命令を取り出す
- instruction decode は各命令を解析して実行すべき演算を決める
- 複雑なIntel式命令は complex instruction support 回路がより小さな段階に分解し、その段階は microcode ROM に格納される
- branch prediction logic は分岐命令で性能を高める
- コードキャッシュとデータキャッシュは、プロセッサが遅いRAMを待つ時間を減らす中核的な仕組みである
- キャッシュは、すぐ必要になる可能性が高いバイトを保持する小さく高速なメモリである
- Pentiumはコード8KB、データ8KBのキャッシュを持つ
- 現代のプロセッサは、最も高速なキャッシュに数百KB、より低速なキャッシュにMB単位の容量を持つ複数のキャッシュを使う
- キャッシュメモリは構造化された格子配列のため、織物では均一なピンク色の長方形に見える
- TLB はキャッシュを補助する
- bus interface logic はプロセッサをコンピュータバスに接続し、メモリや周辺機器へのアクセスを提供する
- 物理チップの縁にあるbond padは、織物では小さな黒い長方形として抽象化されている
P54C Pentiumであることを示す手がかり
- 織物は、特定のPentium派生型である P54C を表しているとわかるほど正確である
- 初期のPentiumであるP5は期待されたほど高速ではなく、発熱も大きかった
- IntelはP54Cで製造プロセスを改善した
- フィーチャサイズを 800nmから600nm に縮小した
- 動作電圧を 5Vから3.3V に引き下げた
- チップの一部がアイドル状態のときにクロック信号を止めて電力を節約するよう改良した
- この回路は織物上部の clock driver 領域に対応する
- Intelは20万個のトランジスタを追加して multiprocessor logic を実装し、2つのプロセッサがより容易に協調動作できるようにした
- 織物にmultiprocessor logicが見えるため、この作品はP5ではなくP54C Pentiumを表している
New MexicoとIntelのつながり
- Intelは1980年、Albuquerque北方の郊外Rio Ranchoにチップ製造工場 Fab 7 を開設し、New Mexicoとのつながりを持った
- Fab 7は当時Intel最大の工場で、Intelの利益の 70% を生み出していた
- IntelはNew Mexicoの施設を継続的に拡張した
- Fab 9とFab 11を追加した
- Fab 11は1995年9月に開設され、PentiumとPentium Proを 140段階の製造工程 で生産した
- Fab 9とFab 11xでは40億ドル規模のプロジェクトが進行中である
- IntelはNew Mexicoでの環境問題で批判を受ける一方、流域復元、100%再生可能電力の利用、建設廃棄物のリサイクルを含む持続可能な未来を掲げている
FairchildとShiprock半導体工場
- Schultzは現在、Fairchild 9040集積回路をもとに別の織物作品を制作している
- Fairchild 9040はPentiumよりはるかに知られていないが、ナバホの土地にある工場 でナバホの労働者が作ったチップという歴史的象徴性を持つ
- Fairchildは1965年、New Mexico州Shiprockで半導体生産を開始した
- Shiprockは、後のIntelのNew Mexico施設から北西へ約200マイルの場所にある
- 1969年の新工場開設記念パンフレットでは、伝統的なナバホ織とチップパターンを比較しており、そのチップが9040だった
- FairchildのルーツはShockley Semiconductor Laboratoryを離れた traitorous eight とつながっている
- Gordon MooreとRobert Noyceもそこに含まれ、2人は1968年にIntelを設立した
- Noyceは1959年に集積回路を共同発明し、FairchildはSilicon Valleyの基礎を築いたことで知られる半導体メーカーとなった
Shiprockプロジェクトの経済的文脈
- Shiprockプロジェクトは、1960年代のナバホの経済状況を産業開発で改善しようとした試みの1つだった
- 当時のナバホは、強制移住であった Long Walk を含め、1世紀にわたり抑圧を受け、65%の失業率、1人あたり所得300ドル、道路・電気・水道・医療の不足に直面していた
- Bureau of Indian Affairsは、インディアンの土地で産業プロジェクトを支援し、経済的自立を促そうとしていた
- Navajo Tribal Chairman Raymond Nakaiは、居留地には人口を支えるのに十分な牧草地がないため、産業を導入する必要があると考えた
- FairchildはSilicon Valleyの高い人件費を避けるため、Maine、Australia、Hong Kongのような低コスト地域に工場を開いていた
成長と評価、そして批判
- Fairchildは1965年、Shiprock Community Centerでナバホの労働者50人によりトランジスタ製造を始め、急速に 366人 まで増員した
- 1967年、Robert NoyceはShiprock工場を成功と見なし、Fairchildには低い労働コストと社会的利益の両面で動機があったと説明した
- 1969年、Fairchild社長Lester HoganはShiprock工場に深い感銘を受けて拡張を決定し、労働者向け住宅数百戸の建設も支援した
- 1969年の記念パンフレットは、伝統的なナバホ織と現代集積回路デザインの視覚的類似性を強調した
- Fairchildは後に、ラグ織りが複雑なパターン認識能力を与え、集積回路パターンの記憶を容易にすると述べた
- Lisa Nakamuraは Indigenous Circuits: Navajo Women and the Racialization of Early Electronic Manufacture で、この種の言説が電子組立労働をジェンダー化し、特定の人種化された特性と結びつけていると批判している
- Shiprock工場は1200人を雇用し、24人を除いて全員がナバホだった
- 米国におけるAmerican Indians雇用の最大の非政府雇用主となった
- 生産監督者33人のうち30人がナバホだった
- Bureau of Indian Affairs、U.S. Public Health Service、Economic Development Administration、Labor Department、Housing and Urban Developmentが関与していた
文化的調整と低下した離職率
- 1971年のNational Council on Indian Opportunity会議では、Shiprock工場が主要な成功事例として取り上げられた
- Fairchild社長Hoganは、Shiprockプログラムが事業成果と社会的責任の両面で会社史上もっとも実り多いプログラムの1つだったと語った
- Navajo Tribal Council議長Peter MacDonaldは、Fairchildが雇用だけでなく、非営利組織を通じた住宅支援も提供したと述べた
- 1972年、National GeographicはShiprock工場を「Space Ageのための織り」として紹介し、年間 450万ドルの給与 によってShiprockが活気づいたと記した
- 新任マネージャーPaul Driscollは、厳格な “white man's rules” が逆効果だと判断した
- 電話を持たない労働者は欠勤連絡の電話をかけられなかった
- 多くの労働者は英語ではなくナバホ語のみを話したため、技術用語には言い換えが必要で、“aluminum” は “shiny metal” と呼ばれた
- Fairchildは伝統的な9日間の宗教儀式にも合わせる必要があった
- 月間離職率は 12%から1%未満 にまで下がり、Fairchildの他工場より良好になった
1975年の閉鎖
- 1975年、半導体産業は米国の景気後退の影響を受け、Fairchildは集積回路事業で損失を出し、1973年から1975年の間に 8000人以上 を削減した
- Shiprock工場では1975年2月、ナバホ従業員140人が解雇され、地域社会が激しく反発した
- 高性能ライフルで武装したインディアン20人が工場を占拠し、解雇者の再雇用を要求した
- Fairchildは、占拠者たちは従業員、部族当局、地域社会を代表しない外部グループだと説明した
- Peter MacDonaldはAIMと多くの点で意見を同じくしつつも、占拠者たちはナバホの歴史意識とインディアン国家の成長の必要性を理解していないと見ていた
- 占拠は1週間後に平和的に終結し、占拠者には無条件の恩赦が与えられた
- Fairchildは今後の混乱を懸念し、Shiprock工場を永久閉鎖して生産を 東南アジア へ移した
女性労働と電子製造
- Shiprock工場は閉鎖前まで概ね成功例と評価されていたが、振り返りの評価は分かれている
- Peter MacDonaldはFairchild工場を、誰にとっても成功だった協力の取り組みと見なした
- Shiprockのナバホ人女性監督Alice Funstonは、Fairchildが女性の進出とShiprockのインディアン共同体全体に役立ったと語った
- Fairchildの総支配人Charles Sporckは、Shiprockがナバホ部族社会の構造に負の影響を与えたと評価した
- FairchildはShiprockで男性向けの仕事が不足していることを長く認識していた
- 1971年、Hoganは半導体組立が小さな部品を扱う細密作業であるため女性労働者に適しており、その結果Fairchildのナバホ人女性労働者は男性のほぼ3倍になっていると述べた
- 電子製造における女性の役割はしばしば十分に認識されてこなかった
- 1963年の電子製造報告では、女性労働者が電子製造全体の雇用の 41% を占めると推定していた
- 女性は半導体生産ライン労働者の70%以上、検査・試験職の90〜99%、組立職の90〜100%を占めていた
- 非生産職では女性比率が低く、女性エンジニアの比率は測定が難しいほど低かった
General Dynamicsのナバホ工場
- 防衛企業General Dynamicsもナバホ工場を運営しており、Fairchildより長く存続した
- 1967年、Arizona州Fort DefianceにNavajo Nation工場を開設し、Navy向けミサイル部品の製造を開始した
- 従業員30人で始まり、1969年末には224人まで増えたが、電子産業の減速で1971年には99人に減少した
- 1988年にはNew Mexico州Farmington近郊に別のナバホ工場も開設した
- 冷戦終結後の1992年、Hughes AircraftがGeneral Dynamicsのミサイル事業を買収し、1997年にRaytheonへ売却した
- Fort Defiance施設は2002年に閉鎖されたが、Farmington工場は現在も Raytheon Diné として存続し、Tomahawk、Javelin、AMRAAMミサイルの部品を製造している
Fairchild 9040チップの内部
- Fairchild 9040のダイ写真は、伝統的な織物を思わせるほど力強いデザインと色彩を持っている
- 紫色に見える小さなシリコン四角形の上に、複数の領域が不純物ドーピングされて電子素子を形成している
- ドーピング領域は緑または青の線として見える
- 白い線はシリコン上の金属層で、部品同士を接続している
- 周囲の13個の金属長方形は bond pad である
- 9040は珍しい 13ピン flat-pack に封止され、13個のbond padはそれぞれ細いワイヤで外部ピンに接続されていた
- Fairchild 9040は1960年代半ば、Fairchild Micrologic製品群の一部として導入された
- 9040は0または1の単一ビットを保持する フリップフロップ 回路である
- フリップフロップを組み合わせると、パルス数を数えるカウンタなどを作れる
9040の回路パターンと限界
- 9040で最も目立つパターンは、うねる青い線である
- 各線は電流の流れを制限する 抵抗 を構成している
- 必要な抵抗値を得るには線を長くする必要があるため、狭い空間に収めるために折り返して配置されている
- ダイの大半が抵抗で占められるのは、この回路方式の欠点である
- 現代の集積回路がCMOSを使ってより小さく作れる理由の1つは、こうした大型の抵抗を必要としないことにある
- 9040のトランジスタは、3層のシリコンと各層に接続された金属配線で構成されている
- 周囲の緑色領域は、トランジスタが他の回路と干渉しないように隔離している
- ダイにはトランジスタに似ているが接続が2本だけのダイオードも多い
- これらのトランジスタは bipolar 方式である
- 現代のコンピュータは、より小さく効率的なMOSトランジスタを用いている
- FairchildがMOSへ移行せず、bipolarトランジスタに長くとどまったことは主要な失敗の1つとされる
9040とPentiumの規模差
- 9040とPentiumはまったく異なる規模のチップである
- 9040は 16個のトランジスタ を搭載する
- Pentiumは 330万個のトランジスタ を搭載する
- 9040の写真では個々のトランジスタが見えるが、Pentiumでは大きな機能ブロックしか見えない
- 1960年代半ばの9040から1993年のPentiumまで、集積回路の容量は指数関数的に増加した
- トランジスタ数が約2年ごとに2倍になる成長パターンは、Gordon Mooreが1965年に初めて観察した ムーアの法則 として知られている
- 9040の回路図には、16個のトランジスタ、16個のダイオード、22個の抵抗が示されている
- ダイ写真の左右対称性は回路にも現れている
- フリップフロップは左側または右側の回路をオンにして1または0を保持する
- 片側がオンになるともう片側をオフにするよう、中央のX字形の信号交差が機能する
- この対称性は装飾ではなく、回路動作にとって重要である
月に残っている9040
- あまり知られていないチップだが、複数の9040は現在 月 にある
- 9040はApollo Lunar Surface Experiments Package、とくにApollo 14と16のActive Seismic Experimentで使われた
- この実験では、月面で小さな爆薬を爆発させ、その結果生じる地震波を測定した
- 設計図には、“FF” と記された9040フリップフロップ19個のうち3個と、同じ製品群の9041ロジックゲート2個が見える
- Apollo計画がShiprock工場製チップを使ったかは証明されていないが、Fairchild社長Hoganは、Shiprockの労働者がApolloロケットに使われた誘導、通信、ジャイロシステムを組み立てたと述べている
展示日程とそこにつながる意味
- ナバホ織と集積回路パターンの類似性は、1960年代から言及されてきた
- Marilou Schultzの集積回路織物は、この視覚的メタファーを実際の芸術作品にした事例である
- National Gallery of ArtのWoven Histories展はすでに終了しているが、同展は2024年11月8日からNational Gallery of Canada（Ottawa）、2025年4月20日からMuseum of Modern Art（New York）で開催予定である
- Schultzの別のチップ織物作品 “Untitled (Unknown Chip), 2008” は、AMD K6 IIIプロセッサと特定されている
- 展示にはAnalia Sabanの “Copper Tapestry (Riva 128 Graphics Card, Nvidia, 1997)” も含まれており、この作品はNvidia Riva 128 GPUを使ったSTB Velocity 128 PCグラフィックスカードを表していた
1件のコメント
Hacker News のコメント
これはまさに本格的なマルチスレッディングですね
— Ada Lovelace, 1843
たまにチップ設計をしている立場として、自宅の玄関用にステンドグラス窓を作っているところで、テーマは半加算器にした
Pentiumよりはずっと小さいけれど、シリコン、イオン注入、ポリシリコン、金属、ビアといった全レイヤーをどう見せるかが大きな課題で、金属層は1つだけ入れる予定
完成品は伝統的なステンドグラスというより、薄い層を重ねた彫刻に近くなりそう
面白い循環構造だ。ジャカード織機は初期のコンピュータの入力方式に影響を与え、今ではコンピュータが織機の出力物に影響を与えている
世紀転換期ごろ、彼の父Maxwell von Neumannの顧客の一つがジャカード織機メーカーで、Maxは夕食の席で毎日子どもたちに自分の仕事の話をしていたそうだ
著者です。Pentiumに関する難解な質問があればお答えします
ShiprockのFairchild製造の話は興味深く、胸が痛む。ここまで丁寧に調査して整理されているのを見るのはうれしい
その近くに住む立場から見ると、ナバホのコミュニティには今なお深い貧困が残っています
さらに悪いことに、地域の油田産業はTexasへ移り、この1年でFour Corners Power Plant（PNM）とNavajo Mine（BHP）も閉鎖されました
この2つは1970年代からナバホの人々にとって非常に大きな雇用主で、FarmingtonやGallupのような近隣都市の多くの事業者も店を閉じました
去ることができる人たちはPhoenixやDenverのような場所へ移り、この状況に縛られまいとしています
本当に宝石のような記事だ。ナバホ・コードトーカーのことは知っていたが、Shiprockとのつながりは聞いたことがなかった
著者が低レベルのコンピュータ知識を自然に織り込んでいるやり方にも感心する。技術的な背景のない友人にも送れる記事だ
ずっと以前から、ハードテックは私たちの文化の具現化だと見てきた。半導体、先端製造、航空宇宙のような分野は、ただ始めればできるものではなく、価値あるものを作るには何世代にもわたる改善が必要だからだ
ローマ帝国で陶器の品質が低下したことが、経済が技術をどのように制約したかを示したように、こうした分野は進歩と衰退を示す優れた指標になる
もしかするとコンピューティングは、経済全体、さらに広くは種全体の能力を示す大きな関門の一つなのかもしれない。Star Trekのワープドライブのように
本当に魅力的な記事だ。Fairchild Semiconductorのナバホ関連の歴史はまったく知らなかった
2000年ほど後にこのラグが発掘されたら、考古学界でどれほど多くの議論と博士論文が生まれるのか気になる
羊と半導体を結びつけられる機会はかなり珍しい
誰かがすでに羊AIの機会を研究しているのかも気になる
よくある思い込みに反して、羊は愚かではなく、ただ世界の見方が確かにかなり違うだけです