（原标题：芯片小白零基础初学芯片想象，两周想象出CPU）

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据Tomshardware报说念，一位名为Adam Majmuda软件工程师最近在X平台上共享了他在“莫得任何教养”的情况下，只用了两周内就重新运行想象 CPU 的教养。

在这段一霎的时代内，Adam宣称他也曾了解了芯片架构的基础常识，接管了芯片制造的细节，并使用EDA 用具准备了他的第一个完满芯片布局。他的“speed-running the chip stack”任务清单中的下一步是重新运行想象 GPU，接下来他将把这个想象流片出来。

这位初出茅屋的芯片想象师自称是一家 web3 拓荒公司的首创工程师之一，概述了他迄今为止在探索中所接纳的款式。鄙人文中，咱们列出了他迄今为止已完成的款式：

1.

学习芯片架构的基础常识——深化的辘集是枢纽的基础；

2.

学习芯片制造的基础常识——材料、晶圆制备、图案化和封装；

3.

通过逐层制作 CMOS 晶体管运行电子想象自动化；

4.

用 Verilog 创建我的第一个完满电路——“我第一次使用软件对硬件进行编程的教养。”；

5.

为我的电路实施仿真和款式考据；

6.

想象我的第一个完满芯片布局 - 使用 OpenLane（一种开源 EDA 用具）进行想象和优化；

正如前文所说，Majmudar 现在靠近的热切一步是重新运行想象 GPU。他知说念这将是一项沉重的任务。他同期承认，经过初步看望，这比猜想的要难题。这位初出茅屋的芯片想象师解释说，压根莫得用于构建 GPU 的在线学习资源。“由于 GPU 公司都试图保守相互的深邃，因此大多数 GPU 架构数据都是专有且闭源的，”该工程师发现。

尽管存在这一窒碍，Majmudar 暗意，大型 GPU 制造商的守密性使得该技俩的这一部分对他来说愈加意思意思。Majmudar强调，Anthropic 的 Claude Opus AI 用具在 GPU 想象阶段相当有用。

“我一直向 Claude 建议每个单位必须如何职责的思法，然后它将以某种样式疏导我找到正确的实施要领，然后我不错通过开源存储库进行阐述，”该工程师解释说念。关联词，他不雅察到，“淌若我公开搜索一些内容，什么也莫得出现，这讲解了实施细节的袒护进程。”

仅用了两周左右的时代就完成了清单中的五分之三任务，上述联系 GPU 的担忧可能会让读者牵记 Majmudar 可能遭逢了窒碍，致使是难以逾越的墙。但事实似乎并非如斯，因为他乐不雅地展望他的 GPU 想象将在“将来几天内”完成，况兼会发送精简版块进行流片。

底下，咱们来看一下这个0基础的东说念主是怎样学习芯片想象的。

制定的初步筹备

以下是Adam Majmuda筹备如何加速芯片想象和制造的所有这个词学习过程（迎接大师建议建议）

1.

运行准备

回想电路物理 - （半导体、p-n、结、二极管、电容器）

回想计划机系统 - （晶体管、门、组合逻辑、规定逻辑、存储器、ALU、CPU 和冯·诺依曼架构、机器言语、汇编、C）

2.

芯片制造 - 芯片本色上是如何制造的？

阅读微芯片制造 （Microchip Fabrication，作家：Peter Van Zant，一册半导体加工制造的科普竹素）

测试：再行不雅看 @szeloof 芯片制造视频，一切都应该有益思意思，况兼应该简略解释它

了解ASML机器的发展

深入了解 EUV 的职责旨趣

3.

架构 - 现在芯片中使用的主要芯片想象是什么？

了解 x86 与 ARM 与 RISC-V

深入学习RISC-V（芯片流片将使用RISC-V CPU）

4.

电子想象自动化 -

您如何想象和考据要送去制造的我方的芯片？

学习一个博主的从零运行想象芯片的课程（学习芯片想象、考据等）

使用 Verilog/OpenLANE/Caravel 想象和测试我我方的 RISC-V ASIC - 现在我正在商量制作一个最小的 GPU 或调节器加速器，但对任何思法都持开放格调

将芯片想象提交到TinyTapeout

5.

ASIC - 不同业业使用哪些特定愚弄芯片？

它们是如何职责的？

AI 加速器 - Untether、Tenstorrent、Etched、Groq

电信 - 汇注交换机、路由器、网卡等

汽车 - 发动机为止单位 （ECU）、高档驾驶援手系统 （ADAS） 等

Finance - 用于高频来回的 FPGA

6.

工夫跳跃 - 在夙昔的几十年里，

芯片行业的工夫弘扬如何？

导致摩尔定律的跳跃

NVIDIA GPU 的跳跃

台积电制造工艺的跳跃弘扬

7.

工业与贸易 -

塑造现在芯片行业的主导力量是什么？

阅读芯片构兵

了解 CHIPS 法案和地缘政事

了解芯片产业价值链各关节（IP核、EDA、晶圆厂树立、无晶圆厂芯片公司、集成器件厂商、芯片代工场、OSAT）的业务

8.

契机 - 这个限制的重要契机是什么？

大公司有哪些重要机遇？

符合年青创业者的热切契机限制有哪些？

风险投资的大赌注将在那里？

哪些公司仍然是好的投资？

款式一：学习芯片架构的基础常识

我源流学习了芯片如何从二进制到C的职责，这部分很枢纽。为了想象芯片，您需要对统统架构基础常识有深化的了解，因为您需要不断管理逻辑、门、存储器等。

我稽查了所有这个词堆栈：

二进制 - 使用电压对数据进行编码

晶体管 - 使用半导体创建数字开关

CMOS - 使用晶体管构建首款节能逆变器

门 - 使用晶体管计划更高档别的布尔逻辑

组合逻辑 - 使用门构建布尔逻辑电路

规定逻辑 - 使用组合逻辑历久化数据

内存 - 使用规定逻辑为数据创建存储系统

CPU - 结合内存和组合逻辑来创建冯·诺依曼架构，这是图灵完备的第一步（忽略内存胁制）

机器言语 - 规范存储器中的请示如何映射觉得止 CPU 上的信号

规范集 - 规范集如何径直映射到 CPU

C - C 如何编译成汇编言语，然后编译成机器言语

我有软件配景，充分了解这些层之间的计划，为我解锁了许多直观。

款式二：学习芯片制造的基础常识

接下来，我了解了晶体管的本色制造样式。

芯片想象用具都是围绕特定的制造工艺（称为工艺节点）构建的，是以我需要了解这少许才智王人备掌捏芯片想象经过。

我专注于学习：

材料 - 半导体制造需要遍及的材料，包括半导体、蚀刻剂、溶剂等，每种材料都有特定的品性，值得使用。

晶圆制备 - 制造具有多晶硅晶体的硅晶圆，并在其上“孕育”二氧化硅层

图案化 - 使用分层（氧化/层千里积/金属化）、光刻和蚀刻在芯片上创建本色晶体管图案的 10 步工艺

封装 - 将芯片封装在保护盖中，以退缩损坏、创建 I/O 接口、匡助散热等。

混浊 - 意思意思的是，跟着晶体管尺寸的减小，混浊为止的焦点有多大/它变得何等热切

在这些主题中，有许多深度需要深入征询，制程的每个部分都有许多不同的要领，每种要领都使用不同的材料和机器。我更专注于庸俗了解制程的热切部分。

这里最热切的直观是，芯片是通过界说不同层的布局来坐褥的。这些层的想象是芯片想象 （EDA） 过程的输出。

款式三：通过逐层制作 CMOS 晶体管

运行电子想象自动化

CMOS晶体管是使数字计划升起的基本结构，因为它具有特有的动力成果

手动绘画CMOS的每一层，使晶体管的想象愈加浮现。

在计划机体绑缚构中，对晶体管的常视力释本色上过于浅易化，而逐层想象本色的晶体管迫使我更多地征询本色的完好意思细节。

稽查单个nMOS晶体管的电压和电流图（右图）与等效图的相比，也使CMOS的功率成果教学愈加赫然。

鄙人图中，每种不同的姿色都指定了不同的层，每层都由不同的材料/离子/等制成，并在制造过程的不同款式中创建 - 举例，红色多晶硅层是顶部nMOS和底部pMOS晶体管的本色GATE，浅蓝色metal 1层是输入和输出的本色诱惑。

款式四：在Verilog中创建第一个完满电路

这部分对我来说是一个很酷的解锁，我第一次使用软件对硬件进行编程。我使用硬件姿色言语 （HDL） Verilog 制作了我的第一个电路。

我制作了一个 RGB 混频器电路（mixer circuit），将来自 3 个旋转拨盘的信号（rotating dials ）调节为 3 个 LED 的脉冲。

您不错使用HDL来指定单个门，但相当感谢大多数晶圆代工场都提供规范单位库供客户使用。

规范单位仅仅常见用途的晶体管摆设（如 AND gate），它针对成果进行了遍及优化，并专为特定的代工场制造工艺而想象。

这些规范单位库简直包含大多数想象本色需要的统统逻辑单位，因此您无需过多地关切 gate level。

我使用 Skywater 130nm 工艺节点的规范单位库创建了这个电路（来自一家名为 Skywater 的代工场的特定制造工艺）。

我知说念代码大多是不消的，但我思把它包括给任何敬爱的东说念主。时序图显露 3 个不同的旋钮被迫弹，相应的 LED 被怒放。

款式5：为电路完好意思仿真和款式考据

由于硬件中的谬妄本钱远远高于软件（因为一朝你的想象被制造出来，你就无法转换东西），使用庸俗的测试和款式考据是想象过程的枢纽部分。

在所有这个词 EDA 经过中，您不错使用：

静态定时辰析 - 确保莫得由于信号在电路中传播而产生的时序瑕疵；

有界模子查验和 k 感应 （Bounded model checking & k-induction）- 确保您的想象不成能投入某些无效情景

您还需要确保电路简略投入特定的有用情景

我实施了统统这些款式，以负责考据我的RGB混频器电路和其他想象是否有用（发生正确的预期情景调节）

款式六：想象我的第一个完满芯片布局

这是迄今为止最酷的部分。我使用 OpenLane（一种开源 EDA 用具）对我的想象实施所有这个词抽象、优化和布局过程，并建议了一个完满的芯片想象。

仅仅看到我的Verilog代码形成了本色的芯片布局，况兼简略投入并辱弄统统层并点击投入每个门，这的确一个病态的解锁。

OpenLane 经过管理以下统统内容：

仿真 - 运行仿真以考据您的想象是否通过了统统测试用例

抽象 - 将 HDL 调节为显露想象中统统栅极之间诱惑的网表

优化 - 优化想象的面积、性能和功耗

布局 - 在物理芯片上交代统统规范单位

接线 - 通过正确的接线将统统组件诱惑在通盘

考据 - 对最终想象进行款式考据

GDS - 创建最终输出文献，称为 GDS2 文献，用于指定要发送到晶圆代工场进行流片的确实层

在EDA用具：

我不错放大并稽查单个cell和晶体管

我不错有遴荐地袒护不同的金属层，以了解统统东西是如何诱惑的

我不错在我的想象中稽查能量密度、组件密度等

款式七：重新运行逆向工程和想象 GPU

我的技俩的领先指标是构建一个最小的 GPU。我没有益志到这将有多难。我的渴望是，构建 GPU 将访佛于构建 CPU，在线上有遍及学习资源来弄明晰如何作念到这少许。

可是我错了。

由于 GPU 公司都试图相互守密，因此大多数 GPU 架构数据都是专有和闭源的。

NVIDIA 和 AMD 发布了高档架构概述，但王人备莫得记载其 GPU 如安在初级别职责的统统细节。这让我的事情变得更意思意思了——我基本上有一些高档架构文档+一些开源 GPU 想象的尝试，以及对于 GPU 架构的民众学习资源为零。

从这少许运行，我一直在尝试把柄我所知说念的 GPU 架构的职责样式 + 必须是信得过的内容，对 GPU 架构如何职责的细节进行逆向工程（固然在更浅易的层面上）。

Claude Opus 在这里提供了雄壮的匡助——我一直在向 Claude 建议我的思法，即每个单位必须如何职责，然后以某种样式（通过从它所知说念的揣度，或对专少见据的训练）它将疏导我走向正确的完好意思要领，然后我不错去用开源存储库阐述 关联词，淌若我公开搜索一些东西， 莫得显露任何内容，这讲解了完好意思细节的袒护进程。

是以知说念现在，我仍在构建一个最小的 GPU 想象。我还将记载一切是如何运作的，并发布一篇对于它的帖子，以便其他任何敬爱的东说念主都能更明晰地了解它。

这将在将来几天内发货，况兼可能会发送一个精简版块，以便在 Skywater 130nm 工艺节点华贵片。

对这个技俩感到相当昂扬！后续，咱们也会关切这个最终共享。

https://www.tomshardware.com/pc-components/cpus/engineer-creates-cpu-from-scratch-in-two-weeks-begins-work-on-gpus

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