EHSM In einer Woche zum selbstgebauten Prozessor

Mit Hilfe von programmierbaren Bausteinen bildet der Entwickler Shawn Tan Klassiker der CPU-Geschichte nach. Aus dem Universitäts-Projekt sind inzwischen kommerzielle Produkte hervorgegangen, als nächstes steht ein Chip mit Multithreading auf dem Programm.

Eigentlich soll der Prozessor DCPU16 nur als virtuelles Teil des kommenden Spiels 0x10c existieren - der Entwickler Shawn Tan hat ihn jedoch als ein Stück Hardware umgesetzt, wie er bei einem Vortrag auf der Konferenz EHSM in Berlin beschrieben hat.

Shwan Tan beschreibt CPU-Entwicklung in Eigenregie (Bilder: EHSM, Screenshots: Golem.de)

Ob es sich bei Tans Projekten um "echte" Prozessoren handelt, ist dabei ebenso eine philosophische Frage wie die, ob der nur als Software existierende DCPU16 einen solchen darstellt. Tan verwendet zur Realisierung seiner Entwürfe nämlich stets FPGAs, also programmierbare Logikbausteine, mit denen sich die Funktionen einer CPU auf Basis von bestimmten Grundelementen nachbilden lassen.

Dass der Entwickler die Schritte der Beschreibung des Schaltplans (Tape Out) und die Fertigung auf leeren Wafern, also die typische Produktion von Prozessoren, auslässt, hat einen einfachen Grund: Die Software dafür kostet einige Hunderttausend bis mehrere Millionen US-Dollar, wie Tan in seiner Rede sagte.

Alle anderen Schritte davor werden aber wie bei der Entwicklung von allen integrierten Schaltkreisen durchgeführt. Für die DCPU16 standen dabei nur fünf Tage zur Verfügung. Den ersten Tag verbrachte Tan mit dem Lesen der Dokumentation, was den Umfang des Befehlssatzes des Prozessors erahnen lässt: Funktionen, die in der Dokumentation gar nicht beschrieben sind, bedürfen auch keiner Umsetzung. Am zweiten Tag skizzierte Tan, vor allem mit Papier und Bleistift, die Pipeline.

Mit diesem Begriff wird bei Prozessoren die Ausführung von Befehlen in mehreren Schritten beschrieben, jeder der Schritte entspricht einer Stufe der Pipeline. Wenn die Pipeline viele Befehle parallel abarbeiten kann, ergibt sich, grob vereinfacht, ein schnellerer Prozessor. Tans Pipeline erwies sich mit 8 Stufen als am effizientesten, bis zu drei Befehle können dabei parallel verarbeitet werden.