Un maker ha progettato e fatto produrre un chip personalizzato, e il chip funziona. Zachary Tong ha descritto un processore basato su architettura TTA (transport triggered architecture), lo ha portato in fonderia tramite wafer.space e ha dimostrato il risultato su una breadboard con un Raspberry Pi Pico e una serie di LED. Fino a poco tempo fa un esperimento simile non era economicamente alla portata di un singolo: oggi lo slot da 1 x 1 di wafer.space misura 3,93 x 5,12 mm e costa 8.000 dollari, mentre ogni die prodotto costa 7 dollari.
Il punto di partenza è la descrizione dei circuiti con Spade, un hardware description language con caratteristiche moderne. Da lì si passa alla progettazione fisica, un passaggio paragonabile al salto dallo schema al layout di un PCB. In questa fase contano molto il packaging e la fisica del flusso degli elettroni, perché il comportamento reale del silicio non coincide con quello che si scrive nel codice.
Dal file GDS al die: come funziona la produzione
Il risultato della progettazione fisica è un file GDS (graphic design system), che viene usato per la produzione vera e propria. wafer.space raccoglie l’ordine insieme a quelli di altri progetti e lo invia in fonderia: i die tornano indietro dopo alcuni mesi. Il processo usato è GF180MCU a 180 nm, quindi una tecnologia matura e consolidata, non un nodo spinto.
C’e’ però un dettaglio che chi vuole rifare l’esperienza deve mettere in conto. wafer.space non verifica la funzionalità del progetto: se il design funziona è una questione di fortuna. Inoltre il servizio può montare i die in package COB (chip-on-board) utilizzabili, così il chip si può davvero collegare a qualcosa. Nel caso di Tong la fortuna ha aiutato, perché il chip personalizzato ha funzionato al primo tentativo.
I LED sulla breadboard mostrano i registri del processore
La dimostrazione finale sta su una breadboard, con un Raspberry Pi Pico a fare da contorno e una serie di LED come interfaccia. I LED indicano i valori nei registri del processore e ne mostrano i pattern: è il modo più diretto per vedere che il die fa quello che doveva fare. Invece di uno schermo o di una porta seriale, Tong ha scelto la luce dei diodi, che rende immediato il comportamento del chip.
- Spade, l’hardware description language usato per descrivere i circuiti
- Il file GDS, cioè il risultato della progettazione fisica pronto per la fonderia
- wafer.space, che raccoglie gli ordini e li invia in produzione
- Il processo GF180MCU a 180 nm
- Il package COB, con cui wafer.space può montare i die
- Il Raspberry Pi Pico e i LED per la dimostrazione su breadboard
Chi volesse seguire la stessa strada deve prepararsi a un percorso lungo. Prima si impara a descrivere l’hardware, poi si affronta la progettazione fisica, infine si aspetta il rientro dei die dalla fonderia. Il video di Zachary Tong racconta questa esperienza dall’inizio alla fine, compresi i passaggi meno visibili come il packaging e la fisica del flusso degli elettroni. Per chi vuole capire cosa serve davvero per portare un progetto dal codice al silicio, il video di Zachary Tong è il punto di partenza giusto.
