Entwicklung eines Open-Source-Siliziumklons der Zilog Z80 CPU
- Am 15. April 2024 kündigte Zilog die Abkündigung des Z80 an, einer der berühmtesten 8-Bit-CPUs der Geschichte
- Für die Open-Source- und Hardware-Preservation-Community ist nun der Zeitpunkt gekommen, mit der Entwicklung eines freien Open-Source-Siliziums (FOSS) als Ersatz für den Zilog Z80 zu beginnen
- Die erste Fertigung des FOSS Z80 ist für Juni 2024 geplant
Erste Siliziumversion des FOSS Z80
- Die erste Version wurde im 130nm-Prozess mit Tiny Tapeout 07 entwickelt und auf eine Die-Fläche von 0,064 mm² ausgelegt
- Die erste Fertigung ist als Teil des CI-2406-Shuttles im Juni 2024 vorgesehen
- Die Implementierung basiert auf dem TV80-Verilog-Core von Guy Hutchison
- Es wird ein Bild des GDSII-IC-Layouts des FOSS Z80 gezeigt, erzeugt mit den automatischen Place-and-Route-Flows von OpenROAD aus 130nm-„Gate“-Logikelementen
Künftige Pläne und To-dos
- Im Testbench den ZEXALL-Test zur Ausführung „illegaler“ Befehle hinzufügen
- Vergleich verschiedener Verilog-Core-Implementierungen wie A-Z80 und Z80Explorer
- Fertigung bei ChipIgnite im QFN44-Package
- Fertigung im DIP40-Package
- Erstellung eines Gate-Level-Layouts ähnlich dem ursprünglichen Z80-Layout (Zilog platzierte beim Entwurf des Z80 jeden Transistor von Hand)
Informationen zur Z80 CPU
Pinbelegung
- Es wird eine Pinbelegung der 40 Pins der Z80 CPU gezeigt
Dokumente
- Z80-Benutzerhandbuch (Versionen von Zilog und Mostek)
- Zilog Data Book
- Alles zur Z80
- Undokumentierte Befehle
- Befehlstabellen und Timing
Oral History zur Z80-Entwicklung
- Oral-History-Panel zur Entwicklung des Z80-Mikroprozessors und zur Unternehmensgründung
- Erläuterung des Mikroprozessor-Designs durch M. Shima
Z80-Patente
- Patent zum Schutz vor Eingangsspannungsspitzen (US4605980, abgelaufen)
- Patent zur Reset-Schaltung (US4486827A, abgelaufen)
- Weitere Patente (US4332008A, abgelaufen)
Z80-Die-Fotos
- Wie man Die-Fotos liest
- Die-Fotos verschiedener Z80-Versionen und Klon-Chips (Zilog, Nintendo, Mostek, National Semiconductor, sowjetische Varianten usw.)
Reverse Engineering der Z80
- Dekodierung des Z80-Befehlsregisters
- Dreiphasenbetrieb der Z80-Daten- und Adressbus-Gates
- Das (un)dokumentierte Verhalten der Z80
- Die Instruction-Decoding-PLA des Z80-Mikroprozessors
- Warum die Datenpins der Z80 vertauscht sind
- Wie die Register der Z80 implementiert sind
- Reverse Engineering der 16-Bit-Inkrement-/Dekrement-Schaltung der Z80
- Die 4-Bit-ALU der Z80
- Silizium-Erklärung des XOR-Gatters und zweier weiterer interessanter Gates
- Das WZ-(MEMPTR)-Register – das rätselhafte Register der Z80
Bestehende Z80-Implementierungen
- TV80 (Verilog) – Version von Guy Hutchison
- TV80 (Verilog) – Version von Obijuan
- A-Z80 (Verilog)
- Emulator auf Netlist-Ebene für die Z80 (Z80Explorer)
Einführung in Tiny Tapeout
- Tiny Tapeout ist ein Bildungsprojekt, das die Fertigung digitaler Designs als echte Chips einfacher und günstiger machen soll
- Weitere Informationen und den Einstieg gibt es unter https://tinytapeout.com
Verwandte Ressourcen
- FAQ
- Vorlesungen zu Digitaldesign
- Lernen, wie Halbleiter funktionieren
- Teilnahme an der Community
- Design lokal erstellen
Meinung von GN⁺
- Die Z80 war ein Prozessor mit großer Bedeutung in der Geschichte der 8-Bit-CPUs; die Entwicklung einer FOSS-Version ist daher ein sinnvoller Versuch
- Insbesondere die Fertigung als echtes Silizium mit dem Skywater-130nm-PDK kann zur Weiterentwicklung des Open-Source-Hardware-Ökosystems beitragen
- Allerdings wirkt der Befehlssatz der Z80 aus heutiger Sicht etwas veraltet, und ihr praktischer Nutzen ist fraglich
- Für Retro-Computing oder Bildungszwecke dürfte sie wertvoll sein, in kommerziellen Produkten dürfte ihr Einsatz jedoch schwierig sein
- Das Verständnis der Design-Details der Z80 durch Reverse Engineering dürfte für das Lernen von Prozessorarchitekturen sehr nützlich sein
- Da gut nutzbare Verilog-Cores verfügbar sind, die sich etwa über FPGA leicht emulieren lassen, ist die Zugänglichkeit hoch
- Vergleichsanalysen mit modernen Open-Source-Prozessoren wie RISC-V und OpenPOWER könnten ebenfalls ein interessantes Forschungsthema sein
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Es ist beeindruckend, dass Tiny Tapeout es Makern und Studierenden ermöglicht hat, ihre eigenen Chip-Designs zu einem günstigen Preis zu realisieren.
Mit einem 130-nm-Prozess kann man zwar keine Intel-CPU der nächsten Generation entwerfen, aber allein die Tatsache, dass ein Z80 auf 0,064 mm2 passt, ist erstaunlich.
Es ist erfreulich, dass eine Alternative entstanden ist, während die offizielle Chip-Produktion eingestellt wird.
Man hätte gern eine vergoldete Abdeckung und ein auffälliges violettes Keramikgehäuse.
Der Rivale des Z80, der 6502 und seine Derivate, werden weiterhin von einem der ursprünglichen Entwickler produziert.
Der Z80 war die CPU des ZX Spectrum.
Fragen zur Kompatibilität mit dem ursprünglichen Z80.
Das Schaltungslayout sieht eher wie ein gleichmäßiges Gate-Array aus als wie das kundenspezifische Layout, das man auf typischen Die-Fotos sieht.
Bedauern darüber, sein gesamtes Vermögen in Z80-Chips für die „letzte Kaufgelegenheit“ investiert zu haben (Scherz).
Es wird gefragt, ob die 4-Bit-ALU des Z80 (bei 8-Bit-Operationen werden zwei verwendet) als wesentlicher Flaschenhals galt und ob durch spätere Erweiterungen Operationen auf Ganzzahlen mit höherer Bitbreite hinzugefügt wurden.
Es wird gefragt, ob die Open-Source-Version des Chips neue Funktionen und Varianten ermöglichen wird.
(Kommentar einer Person aus dem frühen efabless.com-Team) Open Source EDA wirkt großartig.
Erstaunen darüber, dass der Z80 bereits seit 50 Jahren auf dem Markt ist.
Es wird gefragt, wie er preislich mit den gebrauchten Z80-Chips konkurrieren kann, die den Markt überschwemmen.