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如何看待视频博主耗时半年时间纯手工拼晶体管自制成功中央处理器(CPU)?

2022-09-03知识

梦回上世纪

看完整个视频,仿佛穿越到了上个世纪四五十年代,也就是晶体管发明之后,集成电路出现之前。

相信很多人都知道,世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年,它由17468个电子管、6万个电阻器、1万个电容器和6千个开关组成,重达30吨,占地160平方米,耗电174千瓦,耗资45万美元。这台计算机每秒只能运行5千次加法运算。

ENIAC,诞生于宾夕法尼亚大学

而B站up主「奶味的」这款用晶体管纯手工打造的CPU可以说是ENIAC的简化mini版。这个CPU大致包含了1000多个三极管、2000多个二极管,电阻数量也达到了2000多,焊点近万。

这款自制CPU难不难

本人作为一个芯片行业的从业者,参与过多款CPU,GPU,server项目产品的的流片,但如果让我直接去做这样一款CPU,我能完成吗?我的答案是,几乎不可能。

难点一:

要学习数字电路,计算机组成原理,汇编语言,电工电子技术等几门课程,这里的学习可不是考试拿个高分就可以的,而是需要对整个课程所涉及到的知识体系理解的非常透彻,要从底层去理解整个电路是怎么运作的。虽然这些课程都属于本科阶段,但能做到融汇贯通的同学可以说是百里挑一了。

难点二:

需要强大的动手实践能力。有些时候理论到实践的差距可能比零基础到理论的差距更大。这里需要用晶体管去搭寄存器,计数器,甚至完成运算的逻辑单元,把理论和实践完美的结合。而且这块自制CPU有近万个焊点,这需要极大的耐心才能完成。相信电子工程的同学都接触过电工实习,可能是焊一个收音机,大概几十个焊点,就已经是大学的一门实验课了。

难点三:

我认为最大的难点在于不确定性。在up主决定手工去做CPU的时候,我相信他也没办法知道自己一定能成功。理论基础,动手实践,自己选择CPU的指令,选用较低级的机器语言......这一切实现的过程都充满困难与挑战。而且这个自制CPU应该是没有加入冗余设计的,任何一个晶二极管或者三极管坏掉、或者某一跟连线虚焊,这个CPU都是无法正常工作的。并且编程语言采用比较原始的机器语言,没有编译器,真正的手扣代码!

我之前的老板和我讲,有一个同事在做芯片测试的时候,发现一个问题,花了两周的时间依然没有解决,在项目进度的压力下,最终趴在测试机台崩溃大哭。相信学过的都知道,有时候电路底层的各种物理特性简直就是玄学!整个过程没有强大的心理能力,也很难完成。

和工业化的CPU有什么不同?

从1958年集成电路发明以来,电路不断向着微小化发展。在摩尔定律的预测下,发展了半个多世纪。而在CPU发展的过程中,集成的晶体管数目不断增多,直到现在一款芯片可以包含上百个晶体管,性能也完成了飞跃,软硬件生态不断完善,更难能可贵的是量产,才让人们享受到了科技带来的便利。这一切大概消耗了半个多月世纪的时间,数不尽的金钱和人才才完成的。

所以拿这个自制CPU和工业化CPU对比其实不太合理,这个自制CPU 最大的意义不在于商用,而是学习。 完成这个CPU的同时,学习了CPU的体系架构以及电路的基本原理,还有那难能可贵的实践能力。

可以说,在工艺制程越来越小的情况下,这位up反其道而行之。可谓别出心裁,让人眼前一亮!

而网友发的弹幕也纷纷表示,这个制程应该在毫米或者厘米级别,并且看这个CPU的连接应该是采用了TSV技术,领先英特尔AMD,率先使用了3D堆叠封装技术。不仅外行人看了直呼内行,连我这个内行人看了都直呼厉害!

事实上,如果高校能把这样的设计贯彻到本科的实验课程中,对学生能力的培养是非常有帮助的。而我们现在的教育模式,恰恰缺少这样的实践。

如果说设计CPU就是每一个集成电路人最大的浪漫,而这位UP主则以更原始的方式实现了这种浪漫。

所以,看完这个手搓CPU,你心动了吗?