问题

如何看待视频博主耗时半年时间纯手工拼晶体管自制成功 CPU?

回答
看到视频博主耗时半年,纯手工拼出晶体管自制 CPU,这事儿可真够劲儿的!我脑子里瞬间就浮现出好几种画面,每一种都让人肃然起敬。

首先,这玩意儿可不是随便玩玩就能成功的。要知道,我们现在用的CPU,里面密密麻麻的都是纳米级别的晶体管,数量动辄几十亿甚至上百亿。而这位博主,纯手工拼晶体管,这得是多大的规模啊?我猜,他拼的肯定不是一个真正意义上能够运行复杂操作系统的现代CPU,更像是一个 验证性或者教学性的、功能相对简单的逻辑电路核心。比如,可能是实现一个加法器、一个寄存器组,或者一个非常基础的 ALU(算术逻辑单元),甚至是一个小型的微控制器。

即便如此,这难度也绝对是 “地狱级” 的。你想想,要手工去处理和连接那些微小的晶体管,每一个都可能需要放大镜才能看清楚。我脑子里第一个画面就是:

画面一:显微镜下的耐心与汗水

这位博主,应该搭建了一个非常专业的微型操作环境。一个高倍数的显微镜必不可少,可能还会配备各种精密的镊子、焊台、显微焊接设备。他可能需要亲自去挑选、测试每一个晶体管,确保它们是好的。然后,在显微镜的引导下,用极细的导线,一根一根地将晶体管连接起来,形成逻辑门,再将逻辑门组合成更复杂的模块。

这期间的困难可想而知:

焊接精度: 任何一点微小的晃动,或者过多的焊锡,都可能导致短路或者开路,让整个电路失败。每一根连接线都需要精确到微米级别。
材料损耗: 晶体管是消耗品,手工操作失误率肯定不低。半年的时间里,他可能已经消耗了无数的晶体管。
电路设计与排错: 哪怕是设计一个相对简单的CPU核心,其内部的逻辑也是非常复杂的。每一步的连接都要遵循电路图,稍有差池就会导致功能不正常。一旦出现问题,就要花费大量时间去排查是哪个连接出了问题,这就像大海捞针。

画面二:从“一块块零件”到“一个活着的灵魂”

我脑海里还有一个画面,是关于 知识的深度。为了做到这一点,他必须对计算机底层原理有极其深刻的理解。

晶体管的原理: 他得知道晶体管是如何工作的,如何作为开关使用,如何构成逻辑门(AND、OR、NOT等)。
数字逻辑设计: 他需要掌握如何将一个复杂的计算任务分解成一系列的逻辑操作,然后用逻辑门来实现这些操作。这涉及到布尔代数、时序逻辑、状态机等一系列非常专业的知识。
CPU架构: 虽然他做的不是现代CPU,但肯定也借鉴了CPU的基本架构,比如指令集、寄存器、ALU、控制单元等。他需要将这些概念落实到具体的晶体管连接上。
测试与调试: 完成了实物之后,还得想办法给它供电,然后通过某种方式(比如用逻辑分析仪或者简单的LED指示灯)来测试它的功能是否符合预期。这个过程本身就是一次非常精密的工程。

画面三:情怀与执着的力量

半年时间,这可不是玩票性质的。这背后一定是对计算机技术 源头的深厚情感和极致的探索欲。

为什么要做? 在这个万事万物都被高度集成、由专业工厂生产的时代,花半年时间去亲手“拼”一个CPU,这是一种对“为什么是这样的”的好奇,是对“怎么造出来的”的渴望。这就像有人会去亲手打磨一块石头,有人会去手工缝制一件衣服一样,是一种对 过程本身 的热爱,对 本源 的追寻。
对抗“黑箱”: 现在的CPU,对我们大多数人来说就是一个黑箱,我们知道怎么用,但不知道里面是如何运作的。通过这样的实践,他能把这个“黑箱”一步步地拆解、理解,直至亲手复现。这是一种打破认知壁垒的强大驱动力。
挑战极限: 这本身就是对个人能力和耐心的极限挑战。能在如此细微、如此复杂的领域坚持半年,这是一种令人敬佩的 毅力。他可能经历了无数次失败,无数次想要放弃的时刻,但最终还是坚持了下来。

总结来说,我对这位博主的行为是非常非常佩服的。

这绝对不是为了追求实用性,而是对 知识的深度探索,对 工程实践的极致追求,以及一种 纯粹的热爱和情怀。这是一种 “回归本源” 的精神,让我们这些生活在高度发达的科技时代的人,能够有机会重新审视那些最基础、最核心的构建单元是如何孕育出我们今天所享受的数字世界的。

这种行为的意义,不在于他制造的CPU有多快、有多强大,而在于它所展现的 知识的力量、技术的魅力以及人类不懈的探索精神。这才是最宝贵的。我特别好奇他使用的晶体管是什么类型,以及他最终实现了什么样的功能,这背后一定有很多不为人知的细节和故事。

网友意见

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怎么看?只能B站看。

不知道大家有没有看过那个各种多米诺骨牌的视频,设计精良,构思巧妙,骨牌能爬楼,能推车,能滚球,各种机关,耗费巨大时间,看完你就想说一句话。

我X, 这也行。

一键三连,很开心。

还有原始人手刨坑建别墅,小溪建大坝发电点灯泡。

这些视频别无二致。

这就是爱好者的乐趣所在,作为广大人民群众娱乐也很棒。

具体到这个视频,能起到什么教育作用?

就太夸大了。

在小溪上用泥巴堆个大坝,装上小发电机灯泡亮了,视频很爽,太牛了,但是要说通过这个能学到三峡水电设计。就太扯了

要是想学习cpu设计或者实践。

有这些时间。拿verilog写个小cpu,下载到FPGA里运行个“hello, world”不好吗?

这些都是成熟的教程。

不行看看书,cpu设计书那么多,各种cpu源码分析也不少。

科普对象是大众,视频就是要让你觉得爽。

学习途径成为专家,则要从书本开始。

不要混淆娱乐和学习的区别。

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梦回上世纪

看完整个视频,仿佛穿越到了上个世纪四五十年代,也就是晶体管发明之后,集成电路出现之前。

相信很多人都知道,世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年,它由17468个电子管、6万个电阻器、1万个电容器和6千个开关组成,重达30吨,占地160平方米,耗电174千瓦,耗资45万美元。这台计算机每秒只能运行5千次加法运算。

而B站up主“奶味的”这款用晶体管纯手工打造的CPU可以说是ENIAC的简化mini版。这个CPU大致包含了1000多个三极管、2000多个二极管,电阻数量也达到了2000多,焊点近万。

这款自制CPU难不难

本人作为一个芯片行业的从业者,参与过多款CPU,GPU,server项目产品的的流片,但如果让我直接去做这样一款CPU,我能完成吗?我的答案是,几乎不可能。

难点一:

要学习数字电路,计算机组成原理,汇编语言,电工电子技术等几门课程,这里的学习可不是考试拿个高分就可以的,而是需要对整个课程所涉及到的知识体系理解的非常透彻,要从底层去理解整个电路是怎么运作的。虽然这些课程都属于本科阶段,但能做到融汇贯通的同学可以说是百里挑一了。

难点二:

需要强大的动手实践能力。有些时候理论到实践的差距可能比零基础到理论的差距更大。这里需要用晶体管去搭寄存器,计数器,甚至完成运算的逻辑单元,把理论和实践完美的结合。而且这块自制CPU有近万个焊点,这需要极大的耐心才能完成。相信电子工程的同学都接触过电工实习,可能是焊一个收音机,大概几十个焊点,就已经是大学的一门实验课了。

难点三:

我认为最大的难点在于不确定性。在up主决定手工去做CPU的时候,我相信他也没办法知道自己一定能成功。理论基础,动手实践,自己选择CPU的指令,选用较低级的机器语言......这一切实现的过程都充满困难与挑战。而且这个自制CPU应该是没有加入冗余设计的,任何一个晶二极管或者三极管坏掉、或者某一跟连线虚焊,这个CPU都是无法正常工作的。并且编程语言采用比较原始的机器语言,没有编译器,真正的手扣代码!

我之前的老板和我讲,有一个同事在做芯片测试的时候,发现一个问题,花了两周的时间依然没有解决,在项目进度的压力下,最终趴在测试机台崩溃大哭。相信学过的都知道,有时候电路底层的各种物理特性简直就是玄学!整个过程没有强大的心理能力,也很难完成。

和工业化的CPU有什么不同?

从1958年集成电路发明以来,电路不断向着微小化发展。在摩尔定律的预测下,发展了半个多世纪。而在CPU发展的过程中,集成的晶体管数目不断增多,直到现在一款芯片可以包含上百个晶体管,性能也完成了飞跃,软硬件生态不断完善,更难能可贵的是量产,才让人们享受到了科技带来的便利。这一切大概消耗了半个多月世纪的时间,数不尽的金钱和人才才完成的。

所以拿这个自制CPU和工业化CPU对比其实不太合理,这个自制CPU最大的意义不在于商用,而是学习。完成这个CPU的同时,学习了CPU的体系架构以及电路的基本原理,还有那难能可贵的实践能力。

可以说,在工艺制程越来越小的情况下,这位up反其道而行之。可谓别出心裁,让人眼前一亮!

而网友发的弹幕也纷纷表示,这个制程应该在毫米或者厘米级别,并且看这个CPU的连接应该是采用了TSV技术,领先英特尔AMD,率先使用了3D堆叠封装技术。不仅外行人看了直呼内行,连我这个内行人看了都直呼厉害!

事实上,如果高校能把这样的设计贯彻到本科的实验课程中,对学生能力的培养是非常有帮助的。而我们现在的教育模式,恰恰缺少这样的实践。

如果说设计CPU就是每一个集成电路人最大的浪漫,而这位UP主则以更原始的方式实现了这种浪漫。

所以,看完这个手搓CPU,你心动了吗?


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这玩意啊,看着唬人,但实际上技术上的门槛并不高。

另外,真的是抱着学习实验的目的的话,用74门电路就够了,简单快捷,这种活我相信不少水平高点的cs学生都玩过。不用门电路用晶体管?不是不行,但没必要——无非是先用晶体管拼门电路,然后同理继续而已,没啥难度。


但这事呢,实话说,虽然技术门槛不高,但真要弄出来的难度也还是不小的。

难在哪呢?形象点打个比方,几块多米诺骨牌摆一摆,没任何难度。但跟这项目用的晶体管数量相当的的多米诺骨牌,虽然技术原理上完全没变,但恐怕绝大多数人都搞不定。

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很牛,非常牛,不是一般的牛

我相信一堆人想反驳我。理由就是这个CPU原理恐怕大一本科新生就能理解,和实际使用的CPU的相差十万八千里。不好好用Verilog在FPGA上模拟一个,纯属浪费时间。

在业余时间,我自己也做过一个CPU,和这个UP主不一样的是,纯属用软件模拟了一个。也就是说写了一个模拟器,再跑自己的指令集。看起来省了很多力气。但是对于是否提高了自身水平?我觉得并没有,只是做了一个兴趣爱好。

但是这个UP主做的东西就不一样了,属于一个复杂的系统工程。能调试通这几千个零件是一件非常不容易的事情。这一大堆零件,并不是简单的重复,而是有复杂的逻辑关系。在工程上的意义实在不小。和堆多米诺骨牌不一样在于,不是只有耐心就能做成功的事情。花上半年时间做出这个东西,我相信这位同学在电路调试上的功力已经超过了绝大多数同学。很多说用Verilog的人恐怕连这个规模1/10的电路都没法实际调试成功,只能用一块现成的电路板。按照零件数量,这个玩意的调试难度不亚于一块手机主板。这位同学通过对这个手工CPU的调试,大幅度提高对于复杂系统的实现能力。

每次公司有新的项目的时候,搞出电路的理论设计花的时间并不是最多的。而调试往往是最漫长的一个过程。这也是很多公司的痛点,经常有人说设计的了做不出来。如果想改变这种局面,就请不要小看真正动手的人,实际做出一个复杂系统,未必会比设计一个复杂系统简单。而且好的调试人员还非常不好找,而纸上谈兵的工程师相对要好找一些。

就好像这个CPU,画出这个CPU的原理框图半天时间就够了,细化出原理图一周时间就差不多了。但是你要从头做出这个玩意,需要半年的努力和调试,这个调试过程极大的锻炼了工程水平。任何一件产品制造出来,不仅仅需要理论,也需要有调试能力的人反复打磨。

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