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[导读]芯片制造工艺真的很难吗,自制芯片作为一个趋势存在,广大的电子爱好者纷纷动手DIY各种芯片。我想,这是一种对芯片的深深的情怀!

芯片制造工艺真的很难吗,自制芯片作为一个趋势存在,广大的电子爱好者纷纷动手DIY各种芯片。我想,这是一种对芯片的深深的情怀!

Sam Zeloof :有一颗自造Intel 4004的心

电子爱好者都喜欢DIY,常见的是制作自己的回流焊炉,导电墨水和合成孔径雷达。 但是制作DIY集成电路似乎是不可能的。毕竟,建设一座现代化晶圆厂的成本是天文数字昂贵的:例如,在2017年,英特尔宣布投资70亿美元完成一个7纳米级芯片生产设施。 但Sam Zeloof 萨姆·泽罗夫没有被吓倒。这个17岁的高中生已经开始在自己的车库里制造芯片,尽管技术已经在摩尔定律曲线的后面几步了。

 

 

Zeloof说,他最近一年一直在他家附近弗莱明顿附近的车库工作。他考虑着如何将芯片制作成能够了解半导体和晶体管内部发生的事情。

Zeloof无意中发现了Jeri Ellsworth的YouTube频道,在那里她展示了她几年前如何制造一些自制硅晶体管过程。自那之后,Zeloof开始制作计划,真正实施起来。

Zeloof花费了三个月的时间来复制Ellsworth的晶体管。他的目标是在Jeri Ellsworth自制硅晶体管的基础上制造实际的集成电路。”到目前为止,他只用了一些组件来制造简单的集成电路,但他的目标是建立一个乌克兰微处理器的克隆,他尝试在车库里制作出英特尔在 1971 年发布的著名处理器 Intel 4004(目前还没有)。

利用从 eBay 等网上商店购买到的二手设备和原材料,他的设备包括一台高温炉,一个由多余部件构成的真空室和一台扫描电子显微镜。

为了在他的芯片上设计电路,Zeloof使用了一种在20世纪70年代所没有的技巧:他通过增加一个小型光学平台来修改数字视频投影机。然后,他可以创建一个数字图像的掩模,并将其投影到晶圆上,以曝光光刻胶。利用他目前的设置,Zeloof可以创建分辨率约为1μm的掺杂特征,而无需创建物理掩模的时间和费用(但是,如果没有洁净室设置来防止污染,他认为10μm是获得合理的限制工作装置产量)。

自从他在2017年开始撰写关于他的项目的博客以来,Zeloof得到了很多积极的反馈,其中包括一些记得1970年代早期使用的这种流程的资深工程师的有用提示。 Zeloof希望如果他能够开发一个相对简单的制作4004克隆的过程,它将为他自己设计的其他芯片打开大门。“如果一切顺利的话,也许我可以小批量地为[制造商]社区的人制造芯片。”

用简单的74系列芯片自制CPU

这个设计使用简单的逻辑元器件——74系列元器件从零开始制作,全程总共用了28块74系列芯片。

计算机系统的基本概况:

小名:qCPU(CuteCPU)

CPU:4位

ROM:4KB

RAM:4KB

运行频率:74芯片极限

IO:2组4位的IO口

4个按键

其他外设就是5个LED发光二极管,一个蜂鸣器,一个5X7点阵LED,一个LCD1602液晶。

目前的指令如下:

ADD 加法

RM 读取内存

ADDC 带进位加法

WM 写内存

SUB 减法

OUT IO输出

< 小于比较

= 等于比较

GOTO 小跳转

QCLR 清空

QMOV 赋值

QADD 加法

QSUB 减法

QGOTO 长跳转

QJMP 立即跳转

不多说了,,,上图说话吧:

自制强大的套件CPU

非常简单而强大的电路,连设计者本人都被这个设计震惊了...

设计是按照硬件条件来设计的, 计划装在两片10CM*10CM的PCB上面,这个规格的PCB打样价格低.

跳转指令跳转消耗2个时钟,不跳转消耗1个时钟,其他指令1个时钟.

RAM和ROM地址为24位(地址寄存器24位,程序计数器24位),最大可以寻址16MB的RAM和16M的ROM.

IO方式为内存映射IO.

保守估计用同样型号的IC性能大概比小UU强大约2倍,条件是频率要运行在10MHZ左右(性能相当于小UU运行在27MHZ的2倍), 其实性能要看每秒加法减法多少次。

本CPU可以看成由3个部分组成:

1. 运算逻辑.

2. 地址逻辑.

3. 指令译码逻辑.

存储器结构 : 哈佛结构.

指令周期 : 跳转指令执行跳转消耗2个时钟脉冲,不执行跳转消耗1个时钟脉冲,其他指令消耗1个时钟脉冲.

工作频率 : 0Hz-?MHz(最高频率待测试,不同型号门电路工作频率不一样).

支持内存容量 : RAM和ROM的地址都为24位分别可以装配最大16M内存.

电路出现过程 : 经过龙少本人多年实践研究和消耗大量脑细胞而诞生,这是一个精简化的结构.

电路工作原理:

我们都知道CPU的作用就是执行指令, 指令代码是用0、1、2、3、4、5、6...来表示,CPU只识别二进制的0、1、2、3、4、5、6..., 也就是1、10、11、100、101、110...

ROM和RAM内存单元的地址也是0、1、2、3、4、5、6...来表示,当然也是以二进制来表示地址.

准备出套件:完整机的PCB数量有14片(层)左右, 10CM*10CM的,一片成本5块钱。

中间经历了芯片不小心插反,编程器爆炸。装起来看看.~

目前焊了一半, 眼花, 图里面的接口插针还没全部插进去(摆拍).

是不是很酷!!!这套U真的太神了,看这些基本的逻辑门电路就能组合出一个真正的CPU来。。。实在是太神了。。

全部焊完,改天插IC上去开机~ 希望不爆炸

这里说下显示原理:

大概工作原理是, 行同步信号之后显像管行+1, 这时电子枪开始从左往右扫, 每经过一个像素点, 换一次RGB像素数据, 每扫完一行, 送一次行同步,直到屏幕上的所有行都扫描完, 这时给一个场同步信号, 电子枪会回归到顶部,不断重复这个过程...

行同步来了之后, 电子枪下移一行, 显示器里面应该是有个计数器,然后计数器的数字信号转模拟信号控制电子枪的偏移.

重点来了,敲黑板!!!这位电子大牛今年才23岁!!

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DIY大块头电脑CPU

这个设计的技术牛人是一个游戏开发者,他从2007年就开始了这个计划并命名为BMOW-1号,他的DIY电脑CPU面积约有450平方厘米,是个极其复杂的大块头:基础是一块Augat绕线板,在此之上已经预先装好了1250个针脚,需要手工给它们镀金,然后连接2500条线,有些地方甚至要堆叠十层。

目前这个DIY电脑CPU只能运行在2mhz左右。

下面让我们来看看这个用DIY电脑CPU组装的电脑是什么样子的。

首先映入眼帘的是DIY CPU上密密麻麻的飞线,总共有2500条之多,还有花了大价钱镀金的针脚。

上面插满了芯片,不过这些芯片不是真正意义上的CPU,他们一般是ram芯片,rom芯片,加法运算器芯片之类的芯片。这个绿色的板子宏观上就是一个DIY电脑CPU,超级大的电脑CPU。

估计机箱的液晶屏的控制芯片运算速度都比这个巨大DIY电脑CP快。

有vga接口,ps/2接口,甚至是usb接口,上图液晶屏上显示usb bootloader这个电脑的程序是从usb接口加载的。

成功开机,显示了一些字符。

还能玩吃豆人游戏。

小结:

由于人工智能的爆发,芯片行业当然希望有越来越多的玩家加入。所以,广大热爱芯片的电子工程师们,你是否已经准备好自制一个属于自己的芯片呢?

换一批

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