Кен Ширрифф растворил кислотой чип Intel 1980 года, чтобы прочитать его сумматор
8087 ускорял математику до 100 раз по сравнению с процессором, рядом с которым стоял. Ширрифф снял слой металла с кристалла, чтобы сфотографировать транзисторы его 69-битного сумматора — наномашины в самом сердце чипа.
Конструкция гибридная: цепочка переноса Манчестер с пропуском переноса в 4-битных блоках. Её выбрали потому, что более быстрые сумматоры существовали, но в NMOS 1980 года стоили слишком много транзисторов. Сложение занимает два такта.
Кен Ширрифф отвечал на вопросы в треде — включая острый: как питание доходило до схем в том слое, который он только что стравил. А один читатель отметил, что 8087 никто так и не воссоздал в HDL, в отличие от 8086.
Наномашина под микроскопом
Разбор Кена Ширриффа реконструирует сумматор внутри сопроцессора с плавающей точкой Intel 8087 1980 года — чипа, который ускорял трансцендентную математику до 100 раз по сравнению с основным процессором. Метод физический: растворить кислотой слой металла на кристалле, а затем сфотографировать поликремниевые и кремниевые транзисторы под ним. Объект — 69-битный сумматор (70-битный выход), вычислительное сердце исполнительного блока чипа.
То, что он раскрывает, — инженерия под жёсткими ограничениями. Сумматор не учебниковый carry-lookahead и не carry-select; это гибрид — цепочка переноса Манчестер с оптимизацией пропуска переноса в 4-битных блоках. Её выбрали потому, что более быстрые чистые схемы существовали, но требовали слишком много транзисторов для бюджета NMOS 1980 года. Сложение занимает два такта. Каждое решение — это скорость, выменянная на кремний, которого было не достать.
Автор в треде
Ширрифф пришёл отвечать на вопросы, отчасти поэтому такие разборы и расходятся:
«Автор здесь, готов ответить на ваши вопросы по 8087. Сумматоры и АЛУ мне интересны тем, что они ключевые для производительности системы, и каждая система реализует их по-своему.» — Кен Ширрифф
Самый острый вопрос бил прямо в предел метода: стравливаешь металл и убираешь ровно тот слой, который отвечает на часть вопросов:
«Есть ли у вас понимание, как питание подавалось к этим схемам? Может, оно шло по слоям металла, которые растворили? И верно ли, что вокруг этих схем нет ёмкости на кристалле?» — читатель, копающий в физику кристалла и развязку питания
Реконструкция, которую никто не сделал
Один читатель указал на любопытный пробел в летописи ретрокомпьютинга: более знаменитых родственников 8087 уже воссоздали на языках описания аппаратуры, а его математическое ядро — нет:
«для 8086/8088 и более поздних сделали синтезируемый RTL HDL… но для 8087, похоже, аналога никто не сделал.» — читатель, заметивший отсутствие HDL для 8087
Почему 45-летний сумматор стоит кислоты
8087 интересен именно тем, что его инженеры не могли решить задачу в лоб. Транзисторов было мало, поэтому они взяли схему переноса, балансирующую скорость и количество, — то самое суждение, которое современные средства синтеза делают незаметно, а современные инженеры почти не видят. Фотографии Ширриффа возвращают это суждение во что-то читаемое: конкретный, продуманный вручную компромисс, застывший в кремнии и всё ещё учащий тому, как строятся вычисления, когда у каждого вентиля есть цена.
Получайте такие разборы каждый день
Главные истории Hacker News — на email, в Telegram или RSS.
«Слишком жарко, чтобы работать» в Заливе и Южной Азии — это не прогноз, а текущая модель труда
Очерк Bloomberg спрашивает, что станет с экономикой, когда жара сделает работу невозможной. Те, кто рос в Дубае и работал в российскую жару, отвечают: богатые перестраивают день, бедные принимают удар на себя.