¿Se podría crear un nuevo tipo de CPU y colocarlo en una computadora?

Intel intentó hacer esto con Itanium. Sin embargo, Itanium fue difícil de programar y optimizar desde el punto de vista del compilador y la mayoría de los desarrolladores eligieron no molestarse en volver a compilar su código fuente para ejecutarlo en los sistemas Itanium.

En cambio, AMD eligió crear x86-64 o más comúnmente AMD64 que extendió el conjunto de instrucciones x86 existente a 64 bits y facilitó la ejecución de programas heredados, porque no se requería una emulación sofisticada.

Las nuevas CPU se diseñan cada pocos años. La serie Ryzen recientemente lanzada se hizo desde cero, pero todos los diseños de CPU * implementan el conjunto de instrucciones AMD64 porque eso es lo que usan los programas existentes. Y debido a que las CPU ejecutan instrucciones AMD64, los nuevos programas continúan siendo programados y compilados para usar / ejecutar AMD64. Romper este ciclo parece imposible, pero podría suceder debido a los dispositivos móviles.

* Existe un caso especial para teléfonos inteligentes y otros dispositivos portátiles, que utilizan en su lugar el conjunto de instrucciones ARM. Cuando los teléfonos recién comenzaban, los ingenieros tenían la libertad de licenciar o construir un conjunto de instrucciones completamente nuevo porque no tenían que preocuparse por la compatibilidad con versiones anteriores, por lo que eligieron ARM porque es más eficiente pero menos potente que x86 o su sucesor AMD64 . Hay computadoras de escritorio ARM, pero el software que se ejecuta en ARM está diseñado principalmente para teléfonos, por lo que continúan teniendo un atractivo limitado hasta que exista un mercado lo suficientemente grande. Android-TV y otros tienen la posibilidad de crear ese mercado.

Conclusión: se puede crear una nueva CPU, pero una nueva arquitectura del conjunto de instrucciones de la CPU requiere la creación de un nuevo mercado o clase de dispositivos porque los problemas de compatibilidad con versiones anteriores probablemente mantendrán arraigados los diseños existentes en los mercados existentes durante muchos años.

Bueno, ella podría hacerlo, con bastante facilidad. Podría tomar el chip Motorola 6800 y diseñar una computadora para ejecutar las mismas instrucciones, o incluso el conjunto de instrucciones 8086. Pero luego tendría que extenderlo de la misma manera que lo hizo Intel, para agregar direccionamiento de 64 bits en lugar de memoria virtual de 16 bits, direccionamiento extendido más allá de 64K (a 32 Gb), dispositivos de alta velocidad, etc. El resultado podría ser capaz de ejecutar el conjunto de instrucciones (pero eso es dudoso), pero sería mucho más lento, ya que Intel tiene tanta optimización (por ejemplo, búsqueda previa) incorporada en el hardware: nada que ver con el conjunto de instrucciones .

Y hay una CPU adicional oculta integrada en el procesador Intel que tiene su propia conexión de banda ancha a Intel (que es secreta y no revelada) pero aparentemente llama a Intel para que supervise el “rendimiento”.

Finalmente, si logró replicar el funcionamiento exacto del conjunto de instrucciones de Intel, incluidos los procesadores auxiliares como el procesador de gráficos, no podría usarlo ni venderlo. Las demandas por violación de derechos de autor la perjudicarían financieramente.

En resumen, no le recomendaría que lo intente, ya que una gran cantidad de propiedad intelectual está bloqueada por los derechos de propiedad intelectual tan hostiles a la invención (consulte el EFF para obtener detalles sobre su lucha contra las demandas por infracción de patentes).

Su novia está en lo correcto hasta el punto en que decimos “colóquelo en una computadora”.

Ciertamente, se pueden crear nuevos tipos de CPU, así es como obtuvimos las antiguas, después de todo.

Ciertamente, también podemos hacer que las instrucciones de las CPU sean compatibles con las antiguas, eso es lo que hizo Transmeta. Diseñaron una nueva CPU y crearon una capa de compatibilidad para que ejecute código x86 estándar. Funcionó bien, tuve uno.

El problema viene con “dejarlo caer en una computadora”. El proceso de fabricación es enormemente complejo y costoso, y no solo podrá enviar un diseño a una empresa de fabricación para que haga su CPU sin una inversión masiva.

Su novia tiene razón, Transmeta básicamente observó cómo funcionaba un procesador x86 e hizo que ese conjunto de instrucciones funcionara en un procesador completamente diferente.

Sin embargo, vale la pena aclarar que cuando digo “mira un procesador” no me refiero literalmente a obtener un procesador al microscopio, sino al conjunto de instrucciones.

Ciertamente no es simple, pero ciertamente es posible, se ha hecho en el pasado.

Hace unas décadas, la parte de “Dejarlo en la computadora” era más viable, la electrónica era más básica, y era concebible implementar cosas en un FPGA y colocarlas en una placa base que usted mismo hizo. En estos días, la complejidad de un procesador moderno hace que sea menos una opción.

Dicho esto, mira esto:

RISC-V – Wikipedia

Parece que hay algunas empresas que crean procesadores reales basados ​​en los diseños.

Aún así, los desafíos involucrados en la fabricación de un procesador que usted pueda extraer de su PC con el Core i5 y colocar algo que usted mismo haya creado son enormes.

Sin embargo, tu novia es básicamente correcta.

Es posible, pero no sin suficiente tiempo y dinero (equipo)

En primer lugar, realmente no se puede estudiar cómo funciona la CPU Intel en estos días.
Todos son tecnología patentada, la marca de la CPU es todo 16/10/7 nm
Lo que significa que ni siquiera se podían ver los diseños de las partes internas sin un microscopio muy serio y esas cosas.
Entonces estudiarlo ya es difícil. Para entender cómo funciona es otro nivel.
La gente literalmente va a la universidad para estudiar para este tipo de cosas (diseño de circuitos integrados de alta velocidad o algo así, departamento de EE)
Digamos que logró obtener todo eso, y realmente aprender cómo funciona la CPU Intel, entonces, en este punto, debería considerar conseguir un trabajo en Intel de todos modos.

Pero digamos que le gustaría diseñar una CPU y “colocarla en una computadora”
Lo que significa que tendrás que hacerlo compatible con x86 / x86–64
Pero la mayoría patenta alrededor de x86, y el FSB está en manos de pocas compañías, a saber, Intel y AMD
Puede obtener un acuerdo de licencia con cualquiera de ellos (lo que no sucederá en el corto plazo), o encontrar una manera de sortearlos y diseñar su propio procesador que sea al menos compatible con x86, sin tocar ninguna de las patentes de estas compañías. . Eso es prácticamente imposible.

Esto es solo hasta la etapa de diseño, pero creo que esto es suficiente para decir por qué uno no puede simplemente diseñar su propio procesador.

Ya tienen!

Intel saca dinero en efectivo para engullir CPU virtual en máquinas virtuales

La fama de Soft Machines es su arquitectura de procesador VISC, que es Computación de conjunto de instrucciones variables. [..]

Esos núcleos virtuales ejecutan código ARMv8 x86 y 32 bits y 64 bits a través de una capa de traducción que convierte las instrucciones en instrucciones VISC tipo RISC.

Esta es una arquitectura muy interesante (y el prototipo), si es tan buena como se afirmó.

Su CPU tiene básicamente dos interfaces, una física en un zócalo (e indirectamente a la RAM) y otra: qué instrucciones puede ejecutar (algo así como la API de la CPU).

Debe implementar en el anterior para que quepa en un zócalo (“reemplazo directo”) para una placa base específica. En teoría, es posible que tenga un conjunto de instrucciones diferente y no pueda ejecutar el mismo código (por ejemplo, el SO; e incluso el [U] EFI / BIOS …), pero otro SO funcionaría …

O podría tener las mismas instrucciones (pero posiblemente para otro socket / placa base) y ejecutar el mismo sistema operativo y aplicaciones.

O como lo hacen, supongo que el sistema operativo necesita modificaciones para ejecutarse.

Prácticamente lo que se hizo en el pasado, las fichas se abrieron y las “máscaras” se copiaron; ya no es práctico con miles de millones de transistores y la mayor densidad y las leyes de derechos de máscara (similar a las leyes de derechos de autor, pero creo que durante 7 años).

Creo que AMD copió las máscaras en el pasado, y luego las patentes con licencia cruzada de AMD e Intel después de una demanda.

También puede implementar en interfaces de una manera diferente, similar o radicalmente diferente a la anterior. Eso ayuda a evitar las patentes, que de lo contrario sería un problema práctico para evitar.

Bueno, primero, realmente no puedes estudiarlo. La mayor parte de la CPU está codificando, y por la mayoría, quiero decir millones, posiblemente miles de millones de código. Intentar entender ese código, replicarlo y cambiarlo para que se ajuste a sus necesidades es prácticamente imposible sin MUCHA capacitación y educación, y luego de eso, tomaría años crear un código. Intel tarda un año en crear una nueva línea de CPU y solo están modificando el código que ya está allí. Cuando lanzan un nuevo tipo de CPU con un nuevo código, han estado trabajando en eso durante varios años.

En segundo lugar, es mucho más difícil obtener los materiales que necesita para hacer una CPU. Hay toneladas de minerales y circuitos y un montón de otras cosas que intervienen en el hardware real de la CPU, muchas de ellas realmente raras, realmente expansivas, y la mayoría de las veces ambas cosas.

Tercero, estamos hablando de trabajar con una gran cantidad de tecnología y ponerla en algo tan pequeño como una papa frita. No tan delgado, quiero decir ancho y alto. Los ingenieros de AMD e Intel tienen herramientas especiales para ese tipo de producción, junto con plantas de fabricación e ingenieros de primera línea.

En cuarto lugar, necesitaría profundizar aún más, y hacerlo compatible con Windows, y compatible con todas las GPU en el mercado, lo que luego traería un crapton más codificado en su camino.

Por último, necesitaría hacerlo compatible con las placas base en el mercado, o hacer su propia placa base. Hacerlo compatible es extremadamente difícil, ya que eso requiere aún más codificación, y cientos, si no miles de pines para estar perfectamente en su lugar. Si desea hacer su propia placa base, entonces es lo mismo, acepte que tendrá que hacerlo desde cero, que es tan difícil como hacer una CPU. También tendrías que hacer tu propia BIOS desde cero, lo cual es aún más difícil, ya que eso es una carga de codificación.

Y una nota AMD e Intel han estado compitiendo durante años, con Intel sin sudar por muchos de ellos. Las personas que trabajan en AMD son ingenieros informáticos extremadamente talentosos e inteligentes, por lo que si les tomó tanto tiempo ponerse al día con Intel, ¿qué posibilidades tenemos nosotros, no tan inteligentes (no hablando por todos), en contra de ninguno de ellos? .

Entonces, a menos que su amigo planee estudiar ese procesador en el MIT, con un grupo de profesores que sepan cómo funcionan y puedan ayudar, y también contraten a algunas personas de Intel y AMD para que lo ayuden, y también tengan un par de años sin parar trabajar para matar, entonces no, no puedes simplemente estudiar una CPU en un garaje, tratar de rehacerla y pegarla en una placa base. No funcionaria. Si planean hacerlo de todos modos, diles que digo buena suerte, diviértete, no llores cuando no funciona, te lo advertí.

Intel lanza nuevas CPU cada año. Funcionan igual en el exterior, pero a menudo son bastante diferentes en el interior.

Las computadoras usan una CPU que ejecuta el conjunto de instrucciones x86. Los teléfonos celulares usan una CPU muy diferente que ejecuta el conjunto de instrucciones ARM. Entonces hay al menos dos. Pero lo que no escucha es la gran variedad de CPU diferentes en su cafetera y tostadora, aire acondicionado y automóvil. Aunque los nuevos diseños de CPU a menudo ejecutan conjuntos de instrucciones ya establecidos, por lo que pueden reemplazar las partes más antiguas, surgen nuevos diseños todo el tiempo. Simplemente no los ves.

En cuanto a “colocarlo en una computadora”, solo puede hacerlo si la disposición de los pines de E / S alrededor del exterior de la CPU es exactamente la misma. El chip de CPU más pequeño que conozco es el 8008, que tiene 16 pines. La mayoría de los procesadores de clase PC tienen hoy más de 1,000 pines. Esto lo hace un poco más complicado, pero en principio, sí, podrías hacerlo. Tendría que escribir un nuevo software de sistema operativo para la nueva CPU, pero bueno, aquí solo estamos hablando de un experimento mental.

“¿Se podría crear un nuevo tipo de CPU?”

Teóricamente es posible diseñar una nueva CPU que comprenda mejor el conjunto de instrucciones x86, sin embargo, tenga en cuenta que los mejores diseñadores de CPU han dedicado decenas de años a optimizar el diseño y se invirtieron miles de millones de dólares en este negocio.

Vencerlos es solo una opción teórica, no existe una posibilidad realista. Los procesadores x86 se han mejorado casi a la perfección.

Aquí hay algunas representaciones visuales de diseños y estructuras de CPU:

Y aquí hay una foto de una CPU de tamaño normal, para escala:

Muéstrele esto y luego pregúntele si todavía cree que es razonable construir una CPU a mano.

Nota al margen: es técnicamente posible, pero no es práctico en lo más mínimo, y requiere mucho conocimiento profesional.

Por supuesto, es posible … No es exactamente ciencia espacial … Tampoco Intel o AMD han hecho un trato con Aliens para crear nuevos semiconductores.

El proceso de diseño de una CPU comienza con la selección de un criterio de diseño … ¿Está construyendo un procesador VLIW o RISC; luego crea un conjunto de instrucciones para su procesador. El proceso de diseño genera una microarquitectura. Este diseño se expresa como VHDL. El VHDL, que es efectivamente un tipo de programa, se puede probar por simulación para garantizar que su microarquitectura realmente funcione.

¿Funciona tu VHDL? Bien … Ahora puedes enviarlo a una planta de fabricación de semiconductores. Realmente harán su chip para usted, y luego lo montarán en un soporte … Su nuevo y brillante chip brillante está listo para dejarse caer en su hardware …

FYI: Recuerdo que los VHDL se han publicado para algunos de los chips Intel más antiguos y para Rockwell 6502.

Posible … sí … Simple … No …

Crear una nueva CPU será bastante fácil. Solo necesitas pensar en todas esas CPUs de Minecraft redstone. Por lo tanto, crear un nuevo tipo de procesador es tan fácil como crear una nueva aplicación de tareas simple (no realmente;)). Pero esto solo le da una buena comprensión de los fundamentos de la arquitectura de la computadora, algo que no desea usar ahora.

Como desea colocar su CPU en una computadora (donde supongo que ejecuta un sistema operativo existente), su CPU debe ser compatible , lo que significa que su procesador debe ser capaz de comprender las instrucciones x86 y manejarlas correctamente. Esta será una parte bastante difícil, pero creo que, con el software adecuado, una persona puede hacer esto.

Entonces su CPU debe ser competitiva . No puede crear algo que sea más lento que un Pentium. La gente ni siquiera lo querría gratis. Y esta es probablemente la parte más difícil en la ingeniería de una CPU.

Y por último, pero no menos importante, debes poder construirlo . No puedes ir a una tela y pedirles que construyan tu pieza una vez. Debe configurar una línea de construcción completa con requisitos físicos difíciles (como la sala limpia, por ejemplo) que cuesta algo de dinero seguro. Por lo tanto, una persona aleatoria no puede permitirse esto sin inversores.

Entonces ambos tienen razón, dependiendo de lo que quieran lograr.

Claro, se podría crear un nuevo tipo de CPU. Ha habido docenas, si no cientos de diseños diferentes, incluso solo “modernos” en un chip: MIPS y SPARC y PowerPC, 68000 y, más recientemente, ARM. Ninguno de ellos será compatible con un procesador Intel / ARM, por lo que no puede simplemente “colocarlos” porque no encajan en el zócalo. No tendrán el mismo conjunto de instrucciones, por lo que el BIOS no funcionará, la computadora no arrancará. Es posible que ni siquiera tengan la misma longitud de palabra o estructura de bus, por lo que no se conectarán a la RAM ni a los chips periféricos.

Hace unos 15 años trabajé en un procesador construido con chips de corte de bits AMD2900. Eso básicamente tomó una placa completa solo para la CPU, hecha de docenas de chips diferentes. Una vez que alguien más había hecho todo el trabajo de diseño básico, pude construir uno y cambiar algunas instrucciones, porque estaban en firmware programable. Ahora que lo pienso, fue construido por un pequeño equipo de personas inteligentes: dos o tres. Por lo tanto, puede que no sea completamente ridículo hacerlo solo. Usaría herramientas de diseño automatizadas y construiría algo relativamente simple, como un chip RISC, no supercomplejo como Intel multi-core con miles de instrucciones que pueden ejecutar código hasta 80286. Probablemente en un FPGA o ASIC usando Herramientas de diseño automatizado.

Una vez que tenga su nueva CPU, no podrá ejecutar Windows, porque el conjunto de instrucciones es diferente. Pero podrías ejecutar Linux. Agregaría su nuevo conjunto de instrucciones a gcc como un nuevo objetivo de CPU, luego compilaría el código para ejecutarlo en su nueva computadora. Tendría que hacer muchos ajustes. Esperaría que el núcleo y los controladores de dispositivo se ejecuten, pero sería posible. Eventualmente, podría compilar de forma cruzada gcc y todas las bibliotecas, y finalmente transferir todo el sistema a su nueva computadora. Sería más fácil codificar algo simple que no utilizara un sistema operativo en absoluto, como un microcontrolador para semáforos.

Esto es muy diferente de construir una computadora “desde cero”, comenzando con arena. Aprovecharía toda la infraestructura existente de fabricación de chips, diseño de PCB, etc.

No puedo decirte el hecho correcto de que no soy tan geek, pero sí, puedo ayudarte a apoyar tu argumento.

Debes haber estado en KFC o McD o cualquier restaurante de comida rápida puede ser un restaurante de barbacoa, ¿nunca has pensado en llevarlo a casa para investigar y crear un nuevo producto mejor que el que tu novia dice lo mismo, pero estas compañías no Es tan estúpido que esconden sus secretos tan bien en sus productos que no se darán cuenta incluso si está frente a sus ojos.

En segundo lugar, incluso de alguna manera rompes el código davinci y obtienes el secreto o, en tu caso, la arquitectura del chipset, requerirá muchísimos más recursos e investigación para mejorar ese producto por tu cuenta y obtener una patente, así que continúa con productos regulares siempre que lo desees encuentre alguna idea única, comience a investigar rápidamente sobre ella, es plausible antes de que suene la campana en la mente de otra persona en otra parte del mundo

Buena suerte

Para que sea inmediatamente útil en una PC, debería ser completamente compatible en términos de instrucciones, registros, ALU, pines, etc.

Las CPU AMD no son copias puerta por puerta de Intel. Emulan las CPU de Intel. Debido a esto, no son iguales en términos de eficiencia energética, límites básicos, etc.

Pero otras arquitecturas de CPU se utilizan para otros fines:

Las GPU implementan una arquitectura completamente diferente con miles de núcleos más simples y un bus de memoria amplio.

Arquitecturas RISC como las utilizadas, por ejemplo, ARM y MIPS. Los núcleos ARM se usan en casi todos los teléfonos y tabletas.

Luego hay algunos microcontroladores que usan la arquitectura Harvard (código separado y buses de datos y memoria).

Y hay chips similares a CPU optimizados para el procesamiento de imágenes, redes neuronales, etc.

Pídale que desgarre un vestido, estudie los puntos y luego diseñe un nuevo método para volver a coser el vestido (sin aguja ni hilo).

Oh, se pueden diseñar nuevos tipos de CPU, pero ¿cuánto sabes sobre el diseño de silicio o la oviónica? Todo lo que verá al estudiar cómo funciona una CU es la lógica detrás de ella, no la forma en que funciona la CPU.

En primer lugar: los conductores. Una computadora no “funciona” sin que algo le diga qué hacer.

Segundo: compatibilidad. Necesita crear una placa base para ello.

Tercero: una persona sola no puede “crear” una CPU. Necesitaría herramientas personalizadas, que costarían más que una fortuna.

Cuarto: ¿es mejor? Si un humano realmente pudiera hacer una CPU completamente nueva, sería muy ineficiente, en el uso de energía y la potencia de salida.

Sí, “hacer” una CPU no es “posible”.

En realidad, es posible y se ha hecho muchas veces. Busque “ingeniería inversa ciega”. Mi hermano, un ingeniero de hardware, me contó sobre esto.

Digamos que la compañía X salió con un nuevo chip que quería duplicar. Si mira este chip y lo copia, eso es una infracción de patente. De hecho, si lo miras, no puedes hacer uno que haga lo mismo por los secretos comerciales. Entonces, un ingeniero miraría el chip y diría algo como, necesitamos una entrada aquí y salida, etc.… y luego el que no haya mirado el chip lo diseñaría.

La cuestión es que, solo porque estamos usando silicio y electricidad, etc., esa no es la única forma en que uno podría hacer un cerebro de computadora. Uno podría usar óptica una vez que descubriera cómo hacer un transistor óptico (están trabajando en ello, créanme). Podrían hacer un dispositivo con material totalmente diferente para hacer exactamente lo mismo que un chip de computadora.

Cuando alguien diseña un chip, se le dan ciertos parámetros, estos pines son de entrada, estos son de salida, estos son tics de reloj, estos son pestillos, etc. El diseñador diseña el chip con la entrada y la salida en mente para hacer lo que hacen los chips. , operaciones matemáticas, etc.

Podrías hacer operaciones matemáticas totalmente diferentes en tu chip, pero mientras las respuestas fueran las mismas al mismo tiempo, la computadora no notaría la diferencia.

Entonces, más o menos, tu novia tiene razón.

Buscando la mejor manera de explicar que no es tan simple, o incluso posible.

Requiere una cierta base de conocimiento para comprender la complejidad y los desafíos de ciertas tareas, y aquellos sin esa base de conocimiento tenderán a trivializar los desafíos a menudo hasta que se les asigne la tarea de hacerlo.

Puede preguntarle cómo haría ella para producir transistores de 5 nm con alto rendimiento, o cómo reducir aún más las pérdidas de corriente de fuga del transistor.

O simplemente déjalo ir.

Bueno, ella está equivocada porque una sola persona no puede hacer eso. Sería imposible dada la inmensa complejidad de los procesadores de hoy.

Sin embargo, si estamos hablando de un equipo de ingenieros, claro, ¿por qué no? Así es como llegamos a nuestros diseños actuales de CPU: personas que toman una CPU de generación actual, la estudian y crean una mejor versión de la misma. Varias generaciones atrás, pueden ser lo suficientemente diferentes entre sí como para ser considerados “nuevos”.