OT: Jak se vlastne dneska navrhuji CPU ?

ferman na centrum.cz ferman na centrum.cz
Sobota Říjen 15 02:18:42 CEST 2011


Rekneme, ze si budete chtit udelat vlastni CPU.

Na zacatku vite jakou technologi budete mit k dispozici na vyrobu a jakou plochu ma mit budouci chip.
Pokud budete chtit svuj CPU prodavat nemuze se plocha moc lisit od reknemem 100mm2. Vysledny chip byl extreme drahy a vyteznost mizerna, tim je tedy dan pocet tranzisotru a vlastne frekvence.

Prvni co si musite ujasnit je navrh architektury.
V teto fazi budete stat (zjednodusuji) s kridou pred tabuji a pokouset se vymyslet blokove schema procesoru.
Napriklad prijdete s myslenkou, ze je nejlepsi, aby cely CPU pracovat co nejrychleji,tedy pokud mozno, aby se vsechny instrukce
vykonaly v jednom taktu (tak jak to delaji nejnovejsi x52). Skvela myslenka, ale pokud nejste troskar a navrhujete neco s miliardou tranzistoru a taktem v radu GHz mate smulu , tudy cesta nevede. Pri 1GHz trva takt 1ns, za tu dobu urazi elektron cca 30cm,v kremiku mene, ale vem to cers. Kdyz to zjednodusim, pri miliarde tranzisotru a plose 100mm2 nelze vyloucit,ze cesta kterou bude muset elektron projit bude delsi nez 30cm a mate fyzikalni problem, elektron ji za tu 1ns nestihne prolezt.
OK co s tim, nejspise pouzijete pipeline micro architekturu, tedy treba deset stupnu, kdy sice instrukce procesorem prochazi 10 taktu,ale zpracovava se jich 10, zasebou, v ruznem stavu zpracovani.
Samozrejme si v teto fazi musite ujasnit kolik a jakych registur budete mit, kolika bitovy CPU to bude a predevsim, kolik a jakych jednotek v CPU bude, zda bude napriklad ALU 1,2,3,..
 
Pokud tuto fazi mate ukoncenou muzete se pokusit procesor napsat.
V teto fazi se dnes skutecne pouziva VHDL, presneji nejaky jazyk pro popis HW a svym zpusobem se tato cast moc nelisi od
programovani nejakeho FPGA, jen vysledkem neni kod pro FPGA, ale jakasi mapa v ktere jste nejak pospojoval onu miliardu tranzisotu (zatim zcela umaginarnich).
Pokud se vam vas navrh libi a SPICE simulace rika ze to funguje muzete prejit k dalsimu kroku.

Az doposud nebyl vas vyvoj svazan s zadnou vyrobni fabrikou a to co jste vysyntetizoval muzete poslad komukoliv kdo ma tovarnu na polovodice at vam to vyrobi, dalsi kroky jsou uz svazany s vyrobou a prakticky se siji na miru konktetni tovarne.

Nasleduje prevod vaseho abstraktnih navrhu na vyrobni realitu zvolene tovarny. Kdyz to zjednodusim vas navrh se nacte do software od ASML a on mas tranzistor oznaceny Q1 az Q1E9 prevede na realny tranzistor tak jak ho umi vyhrobit dana tovarna, v pripade tovaren Intelu tedy aktualne 3D tranzistor na procesu 22nm. ASML je nejvetsim vyrobcem litografickych stroju pro polovodicivy prumysl, cili vysledkem prace jejich sw je jiz soubor dat pro jednotky na vyrobu masek pro vyrobu.
Zadna lace, co si matne pamatuji je typicka cena vyroby masek je v radu 0,5 az 1M$ i kdyz pro velke zakazniky to asi bude zlomek teto ceny,
Tovarna vam pak vyrobi prototyp vaseho CPU.

Nasleduji testy a kontrola teplotniho designu, v nepsoledni rade se v tomto okamziku optimalizuje plocha. Na prototypu Pentia je napriklad videt prazdna mista a treba ALU maji tvar viceuhelniku a tak. Prvni seriove kusy jsou jiz optimalizovany tak aby plocha byla zcela vyuzita atd.
Grotuluji vam mate vlastni CPU.

Jo a nesmite zapomenout na akcionare a poradny PR. Aktualne se hodne pise (i u nas) o firme Adapteva, vyhrozuji, ze maji nebo brzy mit budou CPU s az 4096 jadty, udavany vykon je takovy, ze pocitac s 180 temito chipy by se stal 10 nejvykonejsim pocitacem planety a odrovnal by pocitac s radove 120.000 proceosry PoverCel a Opletron. Papir snese vse.

Ferman
______________________________________________________________
> Od: "Petr Kubáč" <petrkubac na 802.cz>
> Komu: "HW-news" <hw-list na list.hw.cz>
> Datum: 14.10.2011 18:58
> Předmět: OT: Jak se vlastne dneska navrhuji CPU ?
>
>Dneska jsem se docetl ze AMD chysta 8 jadrovy procesor, ktery bude mit 2
>miliardy tranzistoru (obludne)
>Nepredpokladam ze by v AMD meli schematko se vsemi hradly teto konstrukce,
>ale ani se mi nezda ze by proste jen v nejakem hardwarovem jazyku napsali
>100 milionu radku kodu ve stylu
>FOR i = 1 TO 8 DO Core (i);
>
>Vzdycky v minulosti kdyz jsem po tom patral tak jsem se docetl ze firmy
>pouzivaji "automatizovane navrhove systemy" a pak jeste pred lety zminku ze
>Intel utekl vsem kdyz zacal komponenty svych CPU ladit pomoci FPGA na mnohem
>nizsich frekvencich - vic jsem nikdy nedokazal zjistit. .
>
>Znate nekdo proces navrhu CPU vice do hloubky ?
>
>Zdravi Petr Kubac
>
>
>_______________________________________________
>HW-list mailing list - sponsored by www.HW.cz
>Hw-list na list.hw.cz
>http://list.hw.cz/mailman/listinfo/hw-list
>


Další informace o konferenci Hw-list