CPU Zilog Z80 - Klon silikon modern, gratis, dan open source

 (github.com/rejunity)
1 poin oleh GN⁺ 2024-04-29 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp

Pengembangan klon silikon open source untuk CPU Zilog Z80

  • Pada 15 April 2024, Zilog mengumumkan penghentian produksi Z80, salah satu CPU 8-bit paling terkenal dalam sejarah
  • Ini adalah waktu yang tepat bagi komunitas open source dan pelestarian perangkat keras untuk mulai mengembangkan silikon bebas dan open source (FOSS) yang dapat menggantikan Zilog Z80
  • Fabrikasi pertama FOSS Z80 dijadwalkan pada Juni 2024

Versi silikon pertama FOSS Z80

  • Versi pertama dikembangkan dengan proses 130nm menggunakan Tiny Tapeout 07, dan disesuaikan agar muat dalam luas die 0.064mm²
  • Fabrikasi pertama dijadwalkan sebagai bagian dari shuttle CI 2406 pada Juni 2024
  • Implementasinya didasarkan pada core Verilog TV80 karya Guy Hutchison
  • Ditampilkan gambar tata letak sirkuit terpadu GDSII dari FOSS Z80 yang dihasilkan sebagai elemen logika "gate" 130nm menggunakan alur automatic place and route OpenROAD

Rencana ke depan dan hal yang harus dikerjakan

  • Menambahkan ZEXALL ke test bench untuk menguji eksekusi instruksi 'ilegal'
  • Membandingkan berbagai implementasi core Verilog seperti A-Z80 dan Z80Explorer
  • Diproduksi di ChipIgnite dalam paket QFN44
  • Diproduksi dalam paket DIP40
  • Membuat tata letak level gerbang yang mirip dengan layout Z80 asli (Zilog menempatkan setiap transistor secara manual saat merancang Z80)

Informasi CPU Z80

Diagram pinout

  • Ditampilkan diagram untuk 40 pin CPU Z80

Dokumentasi

  • Manual pengguna Z80 (versi Zilog, Mostek)
  • Buku data Zilog
  • Semua hal tentang Z80
  • Instruksi yang tidak terdokumentasi
  • Tabel instruksi dan timing

Sejarah lisan pengembangan Z80

  • Panel sejarah lisan tentang pengembangan mikroprosesor Z80 dan pendirian perusahaan
  • Penjelasan desain mikroprosesor oleh M. Shima

Paten Z80

  • Paten perlindungan lonjakan tegangan input (US4605980, sudah kedaluwarsa)
  • Paten rangkaian reset (US4486827A, sudah kedaluwarsa)
  • Paten lainnya (US4332008A, sudah kedaluwarsa)

Foto die Z80

  • Cara membaca foto die
  • Foto die dari berbagai versi Z80 dan chip klonnya (Zilog, Nintendo, Mostek, National Semiconductor, Soviet, dll.)

Rekayasa balik Z80

  • Dekode register instruksi Z80
  • Operasi 3-fasa dari gate bus data dan alamat Z80
  • Perilaku Z80 yang (tidak) terdokumentasi
  • PLA dekode instruksi mikroprosesor Z80
  • Alasan pin data Z80 tertukar
  • Cara implementasi register Z80
  • Rekayasa balik rangkaian increment/decrement 16-bit Z80
  • ALU 4-bit Z80
  • Penjelasan silikon untuk gerbang XOR dan dua gerbang menarik lainnya
  • Register WZ (MEMPTR) - register Z80 yang sulit dipahami

Implementasi Z80 yang sudah ada

  • TV80 (Verilog) - versi Guy Hutchison
  • TV80 (Verilog) - versi Obijuan
  • A-Z80 (Verilog)
  • Emulator level netlist Z80 (Z80Explorer)

Tentang Tiny Tapeout

  • Tiny Tapeout adalah proyek pendidikan yang bertujuan mempermudah dan menurunkan biaya pembuatan desain digital menjadi chip nyata
  • Untuk detail lebih lanjut dan cara memulai, lihat https://tinytapeout.com

Sumber daya terkait

  • FAQ
  • Kuliah desain digital
  • Mempelajari cara kerja semikonduktor
  • Bergabung dengan komunitas
  • Membangun desain secara lokal

Pendapat GN⁺

  • Z80 adalah prosesor yang memainkan peran besar dalam sejarah CPU 8-bit, dan pengembangan versi FOSS-nya merupakan upaya yang bermakna
  • Khususnya, memproduksinya sebagai silikon nyata menggunakan Skywater 130nm PDK dapat berkontribusi pada perkembangan ekosistem perangkat keras open source
  • Namun, dari sudut pandang modern, instruction set Z80 agak usang, sehingga kegunaan praktisnya masih dipertanyakan
  • Untuk retro computing atau pendidikan, ini akan bernilai, tetapi tampaknya sulit digunakan dalam produk komersial
  • Memahami detail desain Z80 melalui rekayasa balik akan sangat bermanfaat untuk mempelajari arsitektur prosesor
  • Core Verilog yang dapat dengan mudah diemulasikan melalui FPGA dan sebagainya sudah tersedia dengan baik, sehingga aksesibilitasnya tinggi
  • Analisis perbandingan dengan prosesor open source modern seperti RISC-V dan OpenPOWER juga bisa menjadi topik riset yang menarik

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 2024-04-29
Komentar Hacker News

  • Menakjubkan bahwa Tiny Tapeout memungkinkan para maker dan pelajar mewujudkan desain chip mereka sendiri dengan biaya terjangkau

  • Dengan proses 130nm, memang tidak mungkin merancang CPU Intel generasi berikutnya, tetapi fakta bahwa Z80 muat dalam 0.064 mm2 saja sudah luar biasa

  • Senang melihat munculnya alternatif ketika produksi chip resmi dihentikan

  • Ingin punya penutup berlapis emas dan kemasan keramik ungu yang mencolok

  • 6502, pesaing Z80, dan produk turunannya masih diproduksi oleh salah satu pembuat aslinya

  • Z80 adalah CPU yang digunakan oleh ZX Spectrum

  • Ada pertanyaan tentang kompatibilitas dengan Z80 asli

    • Z80 memiliki instruksi yang tidak terdokumentasi dan "trap gate", yang bisa memengaruhi beberapa urutan instruksi
    • Ini digunakan untuk membedakan Z80 dengan klonnya

  • Tata letak sirkuitnya terlihat seperti gate array yang seragam, bukan layout kustom seperti yang biasa terlihat pada foto die pada umumnya

  • Menyesal telah menghabiskan seluruh harta untuk chip Z80 saat ada kesempatan "pembelian terakhir" (bercanda)

  • Penasaran apakah ALU 4-bit pada Z80 (dua buah digunakan untuk operasi 8-bit) dianggap sebagai bottleneck utama, dan apakah melalui pengembangan berikutnya ditambahkan operasi integer dengan bit yang lebih tinggi

  • Penasaran apakah versi open source dari chip ini akan memungkinkan fitur dan varian baru

  • (Komentar dari seseorang yang pernah berada di tim awal efabless.com) Open source EDA terlihat keren

  • Terkejut mengetahui bahwa Z80 sudah dirilis 50 tahun yang lalu

  • Penasaran bagaimana daya saing harganya dibandingkan chip Z80 bekas yang melimpah di pasaran