杨净 Pine 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
两年时间，一个90后体制内小哥下班之后只干三件私务，那就是：
手搓CPU！手搓CPU！还是***手搓CPU！
纯手工制作、全自主研发，于是一个名叫“初芯”的CPU终极形态终于诞生。
据UP主估计，整个CPU共计两万多个器件、10万多个焊点，全都是一个个手动组装上去的，网友给他“焊武帝”的称号果然名副其实。
光是看这些密密麻麻的线和接口，就已经头大了有没有！
视频一出即登上热门，网友们纷纷赶来，佩服他的勇气和毅力。
他以前的粉丝也闻声而来：神又发视频了！他活了！
毕竟据他上一次更新视频，已经过了20个月之久了。
而这个小哥也不陌生，他名叫林乃卫，相信很多读者之前也看过量子位写的《B站焊武帝爆火出圈：纯手工拼晶体管自制CPU，耗时半年，可跑程序》。
时隔一年半，如今千呼万唤始出来，就来康康这爆肝两年的自研CPU终极形态到底是什么？
“底层逻辑、架构、指令集均是自主研发”
话不多说，直接先来看手搓出来的“CPU终极形态”的参数如何：
频率：13kHz，超频最大33kHz；
ROM：64kB，支持热更新，16位ROM寻址、16位静态数据寻址；
内存：系统内存256B、应用内存64kB；
IO口数量：78bit（48支持位操作）；
103条指令，功耗10瓦。
做成这样，成本统共算下来只有2000元左右，若是再刨去电烙铁、示波器这类工具，花在基础器件上的钱还不到1000块。
整体性能方面，小哥表示它和70年代初期的CPU差不多，并且在指令上还要优于当时的CPU。
形象点来说，目前它可以简单刷个屏幕，显示文字、图像，甚至一些小游戏（类似贪吃蛇）也能跑起来。
其实在去年7月份，小哥就已经在B站更新过一个“纯手工自制CPU”的视频，搭建的是CPU雏形，耗时6个月。
不过当时的CPU还仅处于能跑起来的阶段，要运行更复杂的程序还比较困难。
△夜间运行，跑个灯
于是小哥就开始了他的手搓“进阶版CPU”历程，在刚制作好的CPU雏形上进行调试维修，这一步他的计划是：
把指令增加到100多条；
增加了堆栈、 IO 口，运算器的这些比较复杂一点的部件，还有内存管理；
可以满足一些复杂的运算；
……
这一把调试维修，直接就整了小哥一年半的时间。
为了有效提高CPU的性能，期间小哥下了“血本”购入了示波器这类专业器材，用来检测整个CPU每一个节点的信号。
然后小哥以最简易的方式去拆除了一些器件，直接把CPU的频率从1kHz提升到33kHz，性能翻了33倍。
话说回来，徒手搓出CPU，小哥可是完全是依靠自己本科就已经掌握的电子领域、IT领域的知识，实打实开发出来的。
从前期的电路仿真、PCB设计到中后期的焊接、调试以及软件编程……小哥一个人独揽一条“CPU生产线”。
（听起来就很头疼对吧）不过这对“爱好技术类手工制作”的小哥来说可就不一样了。
独创技术了解一下~
看过视频的盆友或许都知道，小哥在视频中特别提到了自己的独创双通道内存。
现有的双通道内存技术虽然也是使用了两个内存控制器，但并没有将全局变量和局部变量（变量的两种分法）分隔开来，它们依旧在混在一个内存中，这样要访问内存就只能一次性全部访问。
而小哥的“独创技术”就不一样了，直接把全局变量和局部变量物理上分割开来，放在不同的内存控制器上。
这样一来，全局变量可以直接用作系统内存（256B），局部变量直接用作应用内存（64kB）。
如果要跑个大一点儿的游戏，直接访问局部变量所在的应用内存，一条指令就能访问到64kB的内存。
曾花两个月伙食费买设备
光看CPU这个体量，就知道是个不小的工程，可能即便专业人士也很难有这样的能力和心力从头做起。
不少网友纷纷表示佩服UP主的勇气和毅力。但也有冷静的网友质疑：为何要做这个呢？
正如这个高赞评论所言，实现方式与实际CPU还是有很大差距，恐怕很难谈得上对现有架构有太大贡献。
在与量子位的交流中，Up主跟我们坦言：做这个东西完全就是为了不留遗憾。
视频也介绍，他是在2016年萌生出开发CPU的想法。
当时电子工程专业的他正在读大三，日常喜欢写写单片机来玩，时不时就在思考：“为何一串0101的数字能变成程序？”再结合已有的数电知识，对CPU的底层运行机制有了了解，自制8位CPU的想法也就油然而生。
不过他也有个私心：成功的话也比较好找工作。（很真实了）
很快，他就完成了电路设计仿真、PCB设计以及打印电路板等工序。光买一堆器件和设备就花了两个月的伙食费。
一切准备就绪时，就到大四毕业设计时候了，他也就只能将CPU的项目搁置。
结果这一放就是五年，此时他回到了北海，工作内容基本上与本科专业没有太大关系，趁着业余时间又重新拾起当年的兴趣。
他向我们坦言：
这个想法如果一直没有实现，就像手里面扎了一颗小刺，没拔出来就会一直隐隐作痛。
回头再去看当年大学时候的设计，他表示有的设计显得十分“愚蠢”。比如像程序计数器设计得复杂，浪费器件的同时还限制了CPU的运行速度。
于是不得不如前所述，从最底层的分立元件开始打造。要知道这种方式速度很慢，稳定性也很差，还会经常出问题。
但UP主表示正是这种从底层出发的过程，就会有更多时间去思考和解决那些问题，也会迸发出创新性的灵感出来。
比如，这不就是芯片发展的一个缩影嘛！（Doge）
（咳咳正经一点） 有心的读者或许在视频结尾注意到，他有一个「创作中的小发现」还不便展示。
量子位帮大家刺探到了一些消息，这个小发现是关于储存逻辑电路方面的，小哥表示：
由更少的器件组成，性能更高，响应速度更快，并且具有替代现有储存逻辑单元的潜力。
最后，小哥还略微向我们透露了些他未来的计划：
这次手搓CPU，是为了进行一场自主研发可商用CPU的可行性论证，为下一步研发商用cpu提供理论和实践支持。
（可以期待一波了～～～）
参考链接：
[1]https://space.bilibili.com/28026515
[2]https://www.bilibili.com/read/cv12035591?spm_id_from=333.999.0.0
— 完 —
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