Zilog Z80 CPU - 現代的で無料かつオープンソースなシリコンクローン

 (github.com/rejunity)
1 ポイント 投稿者 GN⁺ 2024-04-29 | 1件のコメント | WhatsAppで共有

Zilog Z80 CPUのオープンソース・シリコンクローン開発

  • 2024年4月15日、Zilog社は歴史上最も有名な8ビットCPUの1つであるZ80の生産終了を発表
  • オープンソースおよびハードウェア保存コミュニティが、Zilog Z80を代替できる自由なオープンソース・シリコン（FOSS）の開発に着手すべき時期
  • FOSS Z80の最初の製造は2024年6月に予定

FOSS Z80の最初のシリコン版

  • 最初のバージョンはTiny Tapeout 07を使用して130nmプロセスで開発され、0.064mm²のダイ面積に収まるよう設計
  • 最初の製造は2024年6月のCI 2406シャトルの一部として予定
  • 実装はGuy HutchisonのTV80 Verilogコアをベースにしている
  • OpenROADの自動配置配線フローを使い、130nmの"ゲート"ロジック要素で生成したFOSS Z80のGDSII集積回路レイアウト画像が示されている

今後の計画とやるべきこと

  • テストベンチに「非公式」命令実行テストZEXALLを追加
  • A-Z80、Z80ExplorerなどさまざまなVerilogコア実装を比較
  • ChipIgniteでQFN44パッケージとして製造
  • DIP40パッケージとして製造
  • 元のZ80レイアウトに近いゲートレベルレイアウトを生成（ZilogはZ80設計時に各トランジスタを手作業で配置）

Z80 CPU情報

ピン配置図

  • Z80 CPUの40ピンの配置図を掲載

ドキュメント

  • Z80ユーザーマニュアル（Zilog版、Mostek版）
  • Zilogデータブック
  • Z80に関するあらゆる情報
  • 文書化されていない命令
  • 命令テーブルとタイミング

Z80開発のオーラルヒストリー

  • Z80マイクロプロセッサ開発および会社設立に関するオーラルヒストリー・パネル
  • M. Shimaによるマイクロプロセッサ設計の解説

Z80特許

  • 入力電圧スパイク保護に関する特許（US4605980、失効）
  • リセット回路に関する特許（US4486827A、失効）
  • その他の特許（US4332008A、失効）

Z80ダイ写真

  • ダイ写真の読み方
  • さまざまなZ80バージョンおよびクローンチップのダイ写真（Zilog、Nintendo、Mostek、National Semiconductor、Sovietなど）

Z80リバースエンジニアリング

  • Z80命令レジスタの解読
  • Z80データおよびアドレスバスゲートの3相動作
  • Z80の（非）文書化動作
  • Z80マイクロプロセッサの命令デコーディングPLA
  • Z80のデータピンが入り組んでいる理由
  • Z80レジスタの実装方式
  • Z80の16ビット増減回路のリバースエンジニアリング
  • Z80の4ビットALU
  • XORゲートおよび興味深い2種類のゲートのシリコン解説
  • WZ (MEMPTR) レジスタ - Z80の難解なレジスタ

既存のZ80実装

  • TV80 (Verilog) - Guy Hutchison版
  • TV80 (Verilog) - Obijuan版
  • A-Z80 (Verilog)
  • Z80ネットリストレベルエミュレータ（Z80Explorer）

Tiny Tapeoutの紹介

  • Tiny Tapeoutは、デジタル設計を実際のチップとして製造することを、より簡単かつ低コストにすることを目指す教育プロジェクト
  • 詳細および開始方法は https://tinytapeout.com を参照

関連リソース

  • FAQ
  • デジタル設計講義
  • 半導体の動作原理を学ぶ
  • コミュニティへの参加
  • ローカルで設計をビルド

GN⁺の意見

  • Z80は8ビットCPUの歴史で大きな役割を果たしたプロセッサであり、FOSS版の開発は意義ある試み
  • 特にSkywater 130nm PDKを使って実際のシリコンとして製造することは、オープンソース・ハードウェア生態系の発展に貢献しうる
  • ただしZ80の命令セットは現代的な観点ではやや古く、実用性の面では疑問が残る
  • レトロコンピューティングや教育用途としては価値があるが、商用製品で使われるのは難しそう
  • リバースエンジニアリングを通じてZ80の設計ディテールを把握することは、プロセッサアーキテクチャ学習に非常に有益
  • FPGAなどを通じて容易にエミュレーションできるVerilogコアがよく整備されており、アクセスしやすい
  • RISC-V、OpenPOWERなど最新のオープンソース・プロセッサとの比較分析も興味深い研究テーマになりうる

関連記事

1件のコメント

 
GN⁺ 2024-04-29
Hacker Newsのコメント

  • Tiny Tapeoutがメーカーや学生に、手頃な価格で自分自身のチップ設計を実現できるようにしたのは驚くべきこと

  • 130nmプロセスで次世代Intel CPUを設計することはできないだろうが、Z80が0.064 mm2に収まること自体がすごい

  • 公式なチップ生産が終了する状況で、代替手段が生まれたのはうれしいこと

  • 金メッキのカバーと派手な紫色のセラミックパッケージが欲しい

  • Z80のライバルである6502とその派生製品は、元の設計者の一人によって今も生産されている

  • Z80はZX SpectrumのCPUだった

  • オリジナルのZ80との互換性に対する疑問

    • Z80には文書化されていない命令と"トラップゲート"があり、これは一部の命令シーケンスに影響を与える可能性があった
    • これはZ80とクローンを識別するためのものだった

  • 回路レイアウトが、一般的なダイ写真で見られるカスタムレイアウトではなく、均一なゲートアレイのように見える

  • "最後の購入"の機会にZ80チップへ全財産をつぎ込んだのを後悔している（冗談）

  • Z80の4ビットALU（8ビット演算時に2回使用）が主要なボトルネックと見なされているのか、その後の拡張でより高ビットの整数演算が追加されたのか気になる

  • オープンソース版のチップが新機能や派生バリアントを可能にするのか気になる

  • （初期のefabless.comチームにいた人のコメント）オープンソースEDAはすばらしく見える

  • Z80の発売からもう50年も経っているという事実に驚く

  • 市場にあふれている中古のZ80チップと比べて、価格競争力の面でどうなのか気になる