Développement d’un clone en silicium open source du CPU Zilog Z80
- Le 15 avril 2024, Zilog a annoncé l’arrêt de production du Z80, l’un des CPU 8 bits les plus célèbres de l’histoire
- Le moment est venu pour la communauté open source et de préservation du matériel de lancer le développement d’un silicium libre et open source (FOSS) capable de remplacer le Zilog Z80
- La première fabrication du FOSS Z80 est prévue pour juin 2024
Première version en silicium du FOSS Z80
- La première version a été développée en 130 nm à l’aide de Tiny Tapeout 07, en tenant dans une surface de die de 0,064 mm²
- La première fabrication est prévue en juin 2024 dans le cadre de la navette CI 2406
- L’implémentation repose sur le cœur Verilog TV80 de Guy Hutchison
- Une image du layout de circuit intégré GDSII du FOSS Z80, générée avec des éléments logiques « gate » en 130 nm via le flux automatisé de placement et routage d’OpenROAD, est présentée
Plans futurs et tâches à accomplir
- Ajouter ZEXALL au banc de test pour tester l’exécution des instructions « illégales »
- Comparer diverses implémentations de cœurs Verilog, comme A-Z80 et Z80Explorer
- Fabrication chez ChipIgnite en boîtier QFN44
- Fabrication en boîtier DIP40
- Générer un layout au niveau des portes similaire au layout original du Z80 (Zilog avait placé chaque transistor manuellement lors de la conception du Z80)
Informations sur le CPU Z80
Schéma de brochage
- Présentation du schéma des 40 broches du CPU Z80
Documentation
- Manuel d’utilisation du Z80 (versions Zilog et Mostek)
- Data book de Zilog
- Toutes les informations sur le Z80
- Instructions non documentées
- Table des instructions et timings
Histoire orale du développement du Z80
- Panel d’histoire orale sur le développement du microprocesseur Z80 et la création de l’entreprise
- Explication de la conception de microprocesseur par M. Shima
Brevets du Z80
- Brevet sur la protection contre les pics de tension d’entrée (US4605980, expiré)
- Brevet sur le circuit de reset (US4486827A, expiré)
- Autres brevets (US4332008A, expiré)
Photos du die du Z80
- Comment lire les photos de die
- Photos de die de diverses versions du Z80 et de puces clones (Zilog, Nintendo, Mostek, National Semiconductor, soviétiques, etc.)
Rétro-ingénierie du Z80
- Décodage du registre d’instructions du Z80
- Fonctionnement en trois phases des portes des bus de données et d’adresses du Z80
- Comportements (non) documentés du Z80
- PLA de décodage des instructions du microprocesseur Z80
- Pourquoi les broches de données du Z80 sont mélangées
- Méthode d’implémentation des registres du Z80
- Rétro-ingénierie du circuit d’incrémentation/décrémentation 16 bits du Z80
- ALU 4 bits du Z80
- Explication en silicium des portes XOR et de deux autres portes intéressantes
- Registre WZ (MEMPTR) - le registre énigmatique du Z80
Implémentations existantes du Z80
- TV80 (Verilog) - version de Guy Hutchison
- TV80 (Verilog) - version d’Obijuan
- A-Z80 (Verilog)
- Émulateur au niveau netlist du Z80 (Z80Explorer)
Présentation de Tiny Tapeout
- Tiny Tapeout est un projet éducatif visant à rendre la fabrication de conceptions numériques en vraies puces plus simple et plus abordable
- Pour plus de détails et pour savoir comment commencer, voir https://tinytapeout.com
Ressources associées
- FAQ
- Cours de conception numérique
- Apprendre le fonctionnement des semi-conducteurs
- Participer à la communauté
- Construire la conception en local
Avis de GN⁺
- Le Z80 a joué un rôle majeur dans l’histoire des CPU 8 bits, et le développement d’une version FOSS est une initiative significative
- En particulier, le fait de le fabriquer en vrai silicium avec le PDK Skywater 130 nm peut contribuer au développement de l’écosystème du matériel open source
- Cela dit, le jeu d’instructions du Z80 paraît quelque peu daté d’un point de vue moderne, et son intérêt pratique reste discutable
- Il peut avoir de la valeur pour le rétrocomputing ou l’enseignement, mais semble difficile à utiliser dans des produits commerciaux
- Comprendre les détails de conception du Z80 via la rétro-ingénierie sera très utile pour apprendre l’architecture des processeurs
- Des cœurs Verilog faciles à émuler via FPGA, entre autres, sont déjà bien préparés, ce qui améliore l’accessibilité
- Une analyse comparative avec des processeurs open source modernes comme RISC-V ou OpenPOWER pourrait aussi constituer un sujet de recherche intéressant
1 commentaires
Avis Hacker News
Il est impressionnant que Tiny Tapeout ait permis à des makers et à des étudiants de concrétiser leurs propres conceptions de puces à bas coût
Avec un procédé en 130 nm, on ne concevra peut-être pas le prochain CPU d’Intel, mais le simple fait qu’un Z80 tienne dans 0,064 mm2 est remarquable
C’est une bonne nouvelle de voir apparaître une alternative alors que la production officielle des puces est arrêtée
Certains aimeraient un capot plaqué or et un somptueux boîtier céramique violet
Le 6502, rival du Z80, et ses dérivés sont toujours produits par l’un de leurs créateurs d’origine
Le Z80 était le CPU du ZX Spectrum
Des questions se posent sur la compatibilité avec le Z80 d’origine
Le layout du circuit ressemble davantage à un réseau de portes uniforme qu’au layout personnalisé que l’on voit habituellement sur les photos de dies
Regret d’avoir investi toute sa fortune dans des puces Z80 lors de la « dernière occasion d’achat » (plaisanterie)
Certains se demandent si l’ALU 4 bits du Z80 (deux utilisées pour les opérations sur 8 bits) était considérée comme le principal goulot d’étranglement, et si des extensions ultérieures ont ajouté des opérations entières sur davantage de bits
Certains se demandent si une version open source de la puce permettra de nouvelles fonctionnalités et variantes
(Commentaire d’une personne ayant fait partie de l’équipe initiale d’efabless.com) L’EDA open source a l’air formidable
Surprise de constater que le Z80 est sorti il y a déjà 50 ans
Certains se demandent comment cela se positionnera face aux nombreuses puces Z80 d’occasion disponibles sur le marché et en termes de compétitivité prix