Phát triển bản sao silicon mã nguồn mở của CPU Zilog Z80
- Vào ngày 15 tháng 4 năm 2024, Zilog đã công bố ngừng sản xuất Z80, một trong những CPU 8-bit nổi tiếng nhất trong lịch sử
- Đây là thời điểm để cộng đồng mã nguồn mở và bảo tồn phần cứng bắt tay phát triển silicon tự do và mã nguồn mở (FOSS) có thể thay thế Zilog Z80
- Phiên bản chế tạo đầu tiên của FOSS Z80 dự kiến vào tháng 6 năm 2024
Phiên bản silicon đầu tiên của FOSS Z80
- Phiên bản đầu tiên được phát triển trên tiến trình 130nm bằng Tiny Tapeout 07, với diện tích die vừa trong 0.064mm²
- Lần chế tạo đầu tiên được lên kế hoạch là một phần của shuttle CI 2406 vào tháng 6 năm 2024
- Bản triển khai dựa trên lõi Verilog TV80 của Guy Hutchison
- Hình ảnh bố cục mạch tích hợp GDSII của FOSS Z80, được tạo từ các phần tử logic "gate" 130nm bằng luồng tự động place-and-route của OpenROAD, đã được giới thiệu
Kế hoạch tương lai và việc cần làm
- Thêm ZEXALL vào test bench để kiểm thử thực thi các lệnh 'bất hợp pháp'
- So sánh nhiều bản triển khai lõi Verilog như A-Z80, Z80Explorer
- Chế tạo tại ChipIgnite với gói QFN44
- Chế tạo với gói DIP40
- Tạo bố cục mức cổng tương tự bố cục Z80 gốc (khi thiết kế Z80, Zilog đã đặt từng transistor thủ công)
Thông tin về CPU Z80
Sơ đồ chân
- Có sơ đồ bố trí 40 chân của CPU Z80
Tài liệu
- Hướng dẫn sử dụng Z80 (phiên bản Zilog, Mostek)
- Data book của Zilog
- Mọi thông tin về Z80
- Các lệnh chưa được tài liệu hóa
- Bảng lệnh và timing
Lịch sử truyền miệng về quá trình phát triển Z80
- Phiên thảo luận lịch sử truyền miệng về quá trình phát triển vi xử lý Z80 và việc thành lập công ty
- Phần giải thích về thiết kế vi xử lý của M. Shima
Bằng sáng chế Z80
- Bằng sáng chế về bảo vệ chống xung đột biến điện áp đầu vào (US4605980, đã hết hạn)
- Bằng sáng chế về mạch reset (US4486827A, đã hết hạn)
- Các bằng sáng chế khác (US4332008A, đã hết hạn)
Ảnh die của Z80
- Cách đọc ảnh die
- Ảnh die của nhiều phiên bản Z80 và chip clone khác nhau (Zilog, Nintendo, Mostek, National Semiconductor, Soviet, v.v.)
Reverse engineering Z80
- Giải mã thanh ghi lệnh Z80
- Hoạt động ba pha của các cổng bus dữ liệu và địa chỉ của Z80
- Hành vi (không) được tài liệu hóa của Z80
- PLA giải mã lệnh của vi xử lý Z80
- Vì sao các chân dữ liệu của Z80 bị xáo trộn
- Cách triển khai các thanh ghi của Z80
- Reverse engineering mạch tăng giảm 16-bit của Z80
- ALU 4-bit của Z80
- Mô tả ở mức silicon về cổng XOR và hai loại cổng thú vị
- Thanh ghi WZ (MEMPTR) - thanh ghi khó hiểu của Z80
Các triển khai Z80 hiện có
- TV80 (Verilog) - phiên bản Guy Hutchison
- TV80 (Verilog) - phiên bản Obijuan
- A-Z80 (Verilog)
- Trình mô phỏng mức netlist Z80 (Z80Explorer)
Giới thiệu về Tiny Tapeout
- Tiny Tapeout là một dự án giáo dục nhằm giúp việc sản xuất các thiết kế số thành chip thực tế trở nên dễ dàng và rẻ hơn
- Xem thêm chi tiết và cách bắt đầu tại https://tinytapeout.com
Tài nguyên liên quan
- FAQ
- Bài giảng về thiết kế số
- Học nguyên lý hoạt động của chất bán dẫn
- Tham gia cộng đồng
- Build thiết kế trên máy cục bộ
Ý kiến của GN⁺
- Z80 là một bộ xử lý từng đóng vai trò lớn trong lịch sử CPU 8-bit, nên việc phát triển phiên bản FOSS là một nỗ lực có ý nghĩa
- Đặc biệt, việc chế tạo thành silicon thực bằng Skywater 130nm PDK có thể góp phần thúc đẩy hệ sinh thái phần cứng mã nguồn mở
- Tuy nhiên, xét theo góc nhìn hiện đại, tập lệnh của Z80 có phần lỗi thời và tính thực dụng còn gây nghi ngờ
- Nó có thể có giá trị cho retro computing hoặc giáo dục, nhưng có lẽ khó được dùng trong sản phẩm thương mại
- Việc nắm bắt chi tiết thiết kế của Z80 thông qua reverse engineering sẽ rất hữu ích cho việc học kiến trúc bộ xử lý
- Các lõi Verilog có thể dễ dàng được mô phỏng qua FPGA đã được chuẩn bị khá đầy đủ, nên khả năng tiếp cận cao
- So sánh, phân tích với các bộ xử lý mã nguồn mở hiện đại như RISC-V, OpenPOWER cũng có thể là một chủ đề nghiên cứu thú vị
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Thật ấn tượng khi Tiny Tapeout đã giúp maker và sinh viên hiện thực hóa thiết kế chip của riêng mình với chi phí thấp
Với quy trình 130nm thì không thể thiết kế CPU Intel thế hệ tiếp theo, nhưng việc Z80 có thể nằm gọn trong 0.064 mm2 tự nó đã rất đáng kinh ngạc
Thật đáng mừng khi đã xuất hiện một phương án thay thế trong bối cảnh việc sản xuất chip chính thức bị ngừng lại
Muốn có một chiếc với nắp mạ vàng và vỏ gốm màu tím sặc sỡ
6502, đối thủ của Z80, cùng các biến thể của nó vẫn đang được sản xuất bởi một trong những người tạo ra ban đầu
Z80 là CPU của ZX Spectrum
Có thắc mắc về mức độ tương thích với Z80 gốc
Bố cục mạch trông giống một mảng cổng đồng đều hơn là kiểu bố cục tùy biến thường thấy trong các ảnh chụp die
Hối hận vì đã đổ toàn bộ tài sản vào chip Z80 trong đợt "mua lần cuối" (nói đùa)
Thắc mắc liệu ALU 4-bit của Z80 (dùng 2 khối khi thực hiện phép toán 8-bit) có được xem là nút thắt cổ chai chính hay không, và liệu các bản mở rộng về sau có bổ sung phép toán số nguyên độ rộng bit cao hơn không
Thắc mắc liệu phiên bản chip mã nguồn mở có cho phép thêm tính năng mới và tạo ra các biến thể hay không
(Bình luận từ một người từng ở trong nhóm efabless.com thời kỳ đầu) EDA mã nguồn mở trông rất tuyệt
Ngạc nhiên khi biết Z80 đã ra mắt từ 50 năm trước
Thắc mắc liệu nó sẽ cạnh tranh về giá như thế nào so với lượng chip Z80 cũ đã qua sử dụng đang tràn ngập trên thị trường