硬件小白仅两周完成CPU设计

芯片，人类工业皇冠上的明珠，又称集成电路芯片，是电子工业中的一种重要元器件。

芯片的制造涉及光电学、机械、物理、化学、数学等众多学科，生产芯片的高端光刻机，是结合世界上许多国家最先进的技术成果的产物。

然而，人类中总有些懵懂无畏，但探索欲极强的业余选手，试着徒手攀登人类最顶端的科技巅峰，手搓CPU。

当然，手工制作的CPU芯片与工业级CPU完全不是一个概念，但也足以让普通人遥不可及。

主角登场

今天的主角，Adam Majmudar。一个业余的零经验的大佬，仅在两周就完成了CPU的设计和开发，并成功实现流片。

其实国内一些大学也有CPU制作的相关课程，不过只会涉及部分环节，而且目标也相对容易。Majmudar需要完成整个CPU前期架构设计到电路制作，更关键的是，他还是一个硬件小白，需要从头学习CPU架构的基础知识。

推荐一试

我们在《推荐一款从零搭建计算机的游戏—图灵完备》里有介绍过，如何设计一个CPU的各种门电路。如果你也想感受下CPU门电路的难度级别，可以尽情地去尝试一下。这款游戏完全免费，安装即可。

CPU的设计过程就是设计数据通路和控制逻辑。CPU本质就是一个数字逻辑电路，包含组合逻辑和时序逻辑。如下图，一个16位CPU的组成结构。

CPU设计流程

1. 确定需求
2. 定义架构
   
3. 设计逻辑电路
   
4. 仿真和验证
   
5. 物理实现
   
6. 验证和测试

CPU架构设计

1. 指令集架构
   定义CPU支持的指令集和格式，如：add R1 R2。
   
2. 寄存器架构
   
   定义CPU寄存器的功能和数量。
   
3. 总线架构
   
   定义CPU内部各个组件的之间的通信地址方式，如：数据总线、地址总线、控制总线。

以下是Majmudar设计CPU的过程图例：

新的挑战

Majmudar 接下来将冲击GPU，然而，在两周后发现，从头开始设计GPU是一项极具挑战性的任务。原因是GPU架构数据的专有性和闭源性，很难在网上找到有用的学习资源。尽管困难重重，Majmudar借助Anthropic的Claude Opus AI等工具，在GPU设计阶段已经取得突破性的进展。

在此，让我们预祝大佬早日破关成功，将GPU的研究成果公之于众吧！

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