楊凈 Pine 發(fā)自 凹非寺量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

兩年時(shí)間，一個(gè)90后體制內(nèi)小哥下班之后只干三件私務(wù)，那就是：

手搓CPU！手搓CPU！還是***手搓CPU！

純手工制作、全自主研發(fā)，于是一個(gè)名叫“初芯”的CPU終極形態(tài)終于誕生。

據(jù)UP主估計(jì)，整個(gè)CPU共計(jì)兩萬多個(gè)器件、10萬多個(gè)焊點(diǎn)，全都是一個(gè)個(gè)手動(dòng)組裝上去的，網(wǎng)友給他“焊武帝”的稱號(hào)果然名副其實(shí)。

光是看這些密密麻麻的線和接口，就已經(jīng)頭大了有沒有！

視頻一出即登上熱門，網(wǎng)友們紛紛趕來，佩服他的勇氣和毅力。

他以前的粉絲也聞聲而來：神又發(fā)視頻了！他活了！

畢竟據(jù)他上一次更新視頻，已經(jīng)過了20個(gè)月之久了。

而這個(gè)小哥也不陌生，他名叫林乃衛(wèi)，相信很多讀者之前也看過量子位寫的《B站焊武帝爆火出圈：純手工拼晶體管自制CPU，耗時(shí)半年，可跑程序》。

時(shí)隔一年半，如今千呼萬喚始出來，就來康康這爆肝兩年的自研CPU終極形態(tài)到底是什么？

“底層邏輯、架構(gòu)、指令集均是自主研發(fā)”

話不多說，直接先來看手搓出來的“CPU終極形態(tài)”的參數(shù)如何：

頻率：13kHz，超頻最大33kHz；ROM：64kB，支持熱更新，16位ROM尋址、16位靜態(tài)數(shù)據(jù)尋址；內(nèi)存：系統(tǒng)內(nèi)存256B、應(yīng)用內(nèi)存64kB；IO口數(shù)量：78bit（48支持位操作）；103條指令，功耗10瓦。做成這樣，成本統(tǒng)共算下來只有2000元左右，若是再刨去電烙鐵、示波器這類工具，花在基礎(chǔ)器件上的錢還不到1000塊。

整體性能方面，小哥表示它和70年代初期的CPU差不多，并且在指令上還要優(yōu)于當(dāng)時(shí)的CPU。

形象點(diǎn)來說，目前它可以簡(jiǎn)單刷個(gè)屏幕，顯示文字、圖像，甚至一些小游戲（類似貪吃蛇）也能跑起來。

其實(shí)在去年7月份，小哥就已經(jīng)在B站更新過一個(gè)“純手工自制CPU”的視頻，搭建的是CPU雛形，耗時(shí)6個(gè)月。

不過當(dāng)時(shí)的CPU還僅處于能跑起來的階段，要運(yùn)行更復(fù)雜的程序還比較困難。

于是小哥就開始了他的手搓“進(jìn)階版CPU”歷程，在剛制作好的CPU雛形上進(jìn)行調(diào)試維修，這一步他的計(jì)劃是：

把指令增加到100多條；增加了堆棧、 IO 口，運(yùn)算器的這些比較復(fù)雜一點(diǎn)的部件，還有內(nèi)存管理；可以滿足一些復(fù)雜的運(yùn)算；……這一把調(diào)試維修，直接就整了小哥一年半的時(shí)間。

為了有效提高CPU的性能，期間小哥下了“血本”購入了示波器這類專業(yè)器材，用來檢測(cè)整個(gè)CPU每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)。

然后小哥以最簡(jiǎn)易的方式去拆除了一些器件，直接把CPU的頻率從1kHz提升到33kHz，性能翻了33倍。

話說回來，徒手搓出CPU，小哥可是完全是依靠自己本科就已經(jīng)掌握的電子領(lǐng)域、IT領(lǐng)域的知識(shí)，實(shí)打?qū)嶉_發(fā)出來的。

從前期的電路仿真、PCB設(shè)計(jì)到中后期的焊接、調(diào)試以及軟件編程……小哥一個(gè)人獨(dú)攬一條“CPU生產(chǎn)線”。

（聽起來就很頭疼對(duì)吧）不過這對(duì)“愛好技術(shù)類手工制作”的小哥來說可就不一樣了。

獨(dú)創(chuàng)技術(shù)了解一下~

看過視頻的盆友或許都知道，小哥在視頻中特別提到了自己的獨(dú)創(chuàng)雙通道內(nèi)存。

現(xiàn)有的雙通道內(nèi)存技術(shù)雖然也是使用了兩個(gè)內(nèi)存控制器，但并沒有將全局變量和局部變量（變量的兩種分法）分隔開來，它們依舊在混在一個(gè)內(nèi)存中，這樣要訪問內(nèi)存就只能一次性全部訪問。

而小哥的“獨(dú)創(chuàng)技術(shù)”就不一樣了，直接把全局變量和局部變量物理上分割開來，放在不同的內(nèi)存控制器上。

這樣一來，全局變量可以直接用作系統(tǒng)內(nèi)存（256B），局部變量直接用作應(yīng)用內(nèi)存（64kB）。

如果要跑個(gè)大一點(diǎn)兒的游戲，直接訪問局部變量所在的應(yīng)用內(nèi)存，一條指令就能訪問到64kB的內(nèi)存。

曾花兩個(gè)月伙食費(fèi)買設(shè)備

光看CPU這個(gè)體量，就知道是個(gè)不小的工程，可能即便專業(yè)人士也很難有這樣的能力和心力從頭做起。

不少網(wǎng)友紛紛表示佩服UP主的勇氣和毅力。但也有冷靜的網(wǎng)友質(zhì)疑：為何要做這個(gè)呢？

正如這個(gè)高贊評(píng)論所言，實(shí)現(xiàn)方式與實(shí)際CPU還是有很大差距，恐怕很難談得上對(duì)現(xiàn)有架構(gòu)有太大貢獻(xiàn)。

在與量子位的交流中，Up主跟我們坦言：做這個(gè)東西完全就是為了不留遺憾。

視頻也介紹，他是在2016年萌生出開發(fā)CPU的想法。

當(dāng)時(shí)電子工程專業(yè)的他正在讀大三，日常喜歡寫寫單片機(jī)來玩，時(shí)不時(shí)就在思考：“為何一串0101的數(shù)字能變成程序？”再結(jié)合已有的數(shù)電知識(shí)，對(duì)CPU的底層運(yùn)行機(jī)制有了了解，自制8位CPU的想法也就油然而生。

不過他也有個(gè)私心：成功的話也比較好找工作。（很真實(shí)了）

很快，他就完成了電路設(shè)計(jì)仿真、PCB設(shè)計(jì)以及打印電路板等工序。光買一堆器件和設(shè)備就花了兩個(gè)月的伙食費(fèi)。

一切準(zhǔn)備就緒時(shí)，就到大四畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)候了，他也就只能將CPU的項(xiàng)目擱置。

結(jié)果這一放就是五年，此時(shí)他回到了北海，工作內(nèi)容基本上與本科專業(yè)沒有太大關(guān)系，趁著業(yè)余時(shí)間又重新拾起當(dāng)年的興趣。

他向我們坦言：

這個(gè)想法如果一直沒有實(shí)現(xiàn)，就像手里面扎了一顆小刺，沒拔出來就會(huì)一直隱隱作痛。

回頭再去看當(dāng)年大學(xué)時(shí)候的設(shè)計(jì)，他表示有的設(shè)計(jì)顯得十分“愚蠢”。比如像程序計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)得復(fù)雜，浪費(fèi)器件的同時(shí)還限制了CPU的運(yùn)行速度。

于是不得不如前所述，從最底層的分立元件開始打造。要知道這種方式速度很慢，穩(wěn)定性也很差，還會(huì)經(jīng)常出問題。

但UP主表示正是這種從底層出發(fā)的過程，就會(huì)有更多時(shí)間去思考和解決那些問題，也會(huì)迸發(fā)出創(chuàng)新性的靈感出來。

比如，這不就是芯片發(fā)展的一個(gè)縮影嘛?。―oge）

（咳咳正經(jīng)一點(diǎn)） 有心的讀者或許在視頻結(jié)尾注意到，他有一個(gè)「創(chuàng)作中的小發(fā)現(xiàn)」還不便展示。

量子位幫大家刺探到了一些消息，這個(gè)小發(fā)現(xiàn)是關(guān)于儲(chǔ)存邏輯電路方面的，小哥表示：

由更少的器件組成，性能更高，響應(yīng)速度更快，并且具有替代現(xiàn)有儲(chǔ)存邏輯單元的潛力。

最后，小哥還略微向我們透露了些他未來的計(jì)劃：

這次手搓CPU，是為了進(jìn)行一場(chǎng)自主研發(fā)可商用CPU的可行性論證，為下一步研發(fā)商用cpu提供理論和實(shí)踐支持。

（可以期待一波了～～～）

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