Criar um processador do zero já seria um projeto impressionante. Fazer esse projeto chegar ao silício e voltar funcionando é ainda mais difícil.
Foi exatamente isso que o criador do canal Breaking Taps conseguiu fazer. O projeto chamado BreakingTTAPs nasceu como uma experiência de desenvolvimento de chips e terminou com um processador físico capaz de executar programas simples.
Processador foi criado praticamente do zero
O projeto utiliza uma arquitetura pouco comum chamada Transport Triggered Architecture, ou arquitetura acionada por transporte.
Em vez de trabalhar com instruções tradicionais que dizem diretamente ao processador para somar ou comparar valores, o sistema organiza o funcionamento a partir da movimentação de dados entre unidades internas.
O chip possui dois barramentos de 32 bits. Isso permite realizar duas transferências em um mesmo ciclo de clock, uma característica que aproxima o projeto de uma arquitetura superscalar.
Chip trabalha a até 20 MHz
O BreakingTTAPs opera em uma frequência estimada entre 18 MHz e 20 MHz.
O processador conta com 1.024 posições de memória de programa, cada uma armazenando duas instruções. Há ainda 256 palavras destinadas à pilha e 4 KB de memória RAM para uso geral.
Ao todo, o projeto reúne cerca de 80 operações distribuídas entre aproximadamente 20 a 30 unidades funcionais. Entre elas estão operações matemáticas, comparações, desvios, operações lógicas e até um gerador de números aleatórios.
Desenvolvimento usou ferramentas abertas
O projeto foi desenvolvido em Spade, uma linguagem voltada para descrição de hardware.
Depois disso, ferramentas de código aberto foram utilizadas para transformar o projeto em uma representação física pronta para fabricação. A etapa final exige a geração de um arquivo GDS limpo, que contém as informações necessárias para produzir o circuito no silício.
Qualquer erro que passe despercebido nessa etapa pode acabar sendo reproduzido no chip físico.
Fabricação aconteceu em 180 nanômetros
O BreakingTTAPs foi produzido por meio da wafer.space, que permite que pequenos projetos compartilhem uma mesma rodada de fabricação.
O chip foi produzido utilizando o processo GF180MCU de 180 nanômetros da GlobalFoundries. A tecnologia é antiga quando comparada aos processos usados em processadores modernos, mas reduz bastante a barreira de entrada para projetos independentes.
A proposta da wafer.space é justamente tornar a fabricação de circuitos personalizados mais acessível para universidades, startups e criadores independentes.
O momento da verdade veio depois da fabricação
Quando os chips chegaram, o teste inicial foi relativamente simples. Uma placa montadora foi conectada a uma protoboard e um Raspberry Pi Pico ficou responsável por carregar um programa.
O chip conseguiu executar o código e contar até 100 antes de encerrar a operação. Pode parecer pouco diante de um computador moderno, mas foi a confirmação mais importante do projeto: o circuito criado no computador existia fisicamente e conseguia executar uma tarefa.
Nem tudo funcionou. A interface SPI apresentou problemas e a comunicação UART também não funcionou como esperado. Ainda assim, o núcleo principal do projeto demonstrou atividade.
Código está disponível para estudo
O projeto foi disponibilizado publicamente. O código em Spade e a versão produzida em Verilog podem ser encontrados para quem quiser estudar o funcionamento do processador.
O próprio criador também passou a distribuir placas BreakingTTAPs para pessoas interessadas em experimentar o chip e desenvolver aplicações próprias.
A experiência mostra como a fabricação de silício está deixando de ser um território reservado exclusivamente a grandes empresas. Ainda exige conhecimento técnico, dinheiro e bastante trabalho, mas hoje já é possível para um projeto independente chegar até uma fábrica e voltar para casa transformado em um chip funcional.
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