Цифровая археология: 1801 и все-все-все

[svinka]

Добрый вечер, форумчане!

Сегодня стал обладателем КР1807ВМ1 (воронежская копия DEC T-11).

Хочу пожертвовать штучку на препарирование и фотографирование с целью реверса.

[Advertiser]

[Vslav]

Хочу пожертвовать штучку на препарирование и фотографирование с целью реверса.

yursav уже "пожертвовал" три штуки, две уже открыты, ждут фотографирования. Но там грязи много осталось на кристаллах, если не получится шлифовкой отчистить, придется еще кристаллы декапить. В-общем, прямо сейчас жертвовать не нужно, но есть небольшой шанс, что в будущем понадобятся еще кристаллы.

А пока радуемся фотографии диффузии 1801ВМ3. Фото получилось не очень, сначала я кристалл долго шлифовал, шлифовка не получилась нормально - очень толстое защитное стекло, начало протираться неравномерно, пришлось отдавать на травление в смеси плавиковой, соляной, ортофосфорной и уксусной кислоты. Стравилось все хорошо, но не видно где проходил полисиликон, придется подсматривать в микроскоп. Также есть артефакты сколов, похоже что при шлифовке переходные отверстия к уровню диффузии удалялись вместе с кусочком самого кремния. В-бщем, реверсить можно, но с трудностями.

полное разрешение (400 МБ)
четверть разрешение (32 МБ)

[Vslav]

Интересно было выяснить, развивалась ли технология на Ангстреме с 1985 по 1990 годы, для этого сравним снимки 1801ВМ1/ВМ2/ВМ3.

Эталонный микрометр:


КМ1801ВМ1 1985 года:


КМ1801ВМ2 1988 года:


КМ1801ВМ3 1990 года:


Для каждой микросхемы была измерена характерная минимальная ширина затвора и металлического проводника.
От партии к партии ширина элементов может немного варьироваться, в пределах технологического допуска. Оказалось, что ВМ1 очень незначительно отличается от ВМ2, а ВМ3 практически сделан по тем же нормам что и ВМ2. Определенно технологические нормы у всех сфотографированных микросхем практически те же самые, да и неудивительно, серия одна и та же - 1801.

[CodeMaster]

Оказалось, что ВМ1 очень незначительно отличается от ВМ2, а ВМ3 практически сделан по тем же нормам что и ВМ2.

А за счёт чего частота ВМ2 в 2 раза выше ВМ1? Частота ВМ3 на уровне ВМ1 видимо уже из-за усложнения архитектуры кристалла?

Vslav, напомнил ты мне вопрос, который уже довольна давно хотел спросить у тебя. Вот на твой взгляд, после реверса 1801ВМх (а заодно ты, наверное, одним глазком смотрел и реверсы 580ВМ1, Z80 и т.д), с сегодняшних позиций разработчики этих процов вытянули всё (или почти всё) из тех технологий? Или если бы они владели некой современной методологией они из тех же технологий могли "выжать" в 2-, 5-, 10-раз больше производительности? Или могли и тогда, но производительность процессора ограничивалась существующей переферией: шиной, памятью и т.д.?

[Vslav]

А за счёт чего частота ВМ2 в 2 раза выше ВМ1? Частота ВМ3 на уровне ВМ1 видимо уже из-за усложнения архитектуры кристалла?

У ВМ2 частота внутри делится пополам, то есть 10МГц ВМ2 полностью эквивалентны 5МГц ВМ1. Другое дело, что ВМ2 архитектурно продвинутее, микропрограмма быстрее работает, у ВМ1 нужно два такта на извлечение микроинструкции, а ВМ2 справляется за два полутакта (два такта 10МГц), это не значит что MicROM стало быстрее, просто структура схем выборки поменялась. ВМ3 уже без внутреннего делителя частоты, его частота эквивалентна ВМ1, но он еще более архитектурно усовершенствован.

с сегодняшних позиций разработчики этих процов вытянули всё (или почти всё) из тех технологий?

Думаю, да, вытянули близко к максимальным возможностям. Технология в первую очередь ограничивает транзисторный бюджет. Вполне можно сделать однотактовую версию PDP-11, вопрос только в количестве блоков и транзисторов, нужных для их реализации. Тот же Z80 сделали версию Next, но в транзисторный бюджет оригинального Z80 оно не влезет в разы.

2-, 5-, 10-раз больше производительности?

Производительность грубо можно выразить как (частота)*(тактов на инструкцию). "Частота" определялась физическими параметрами транзисторов, а "тактов на инcтрукцию" - транзисторным бюджетом - сколько можно надежно и экономически выгодно разместить транзисторов на одном кристалле при данной технологии. Иногда бюджет упирается в ПВГ, иногда в максимальный размер кристалла, иногда в тепловые параметры - тот же ВМ3 имеет большой кристалл и транзисторы разнесены очень свободно, думаю из-за тепла. Сейчас же у нас есть FPGA, там и транзисторы получше (частоту того же ВМ1 нарастили на порядок), и их стало много (этим пока в репликах 1801ВМ1 не пользовались, но архитектуру можно переработать).

Или могли и тогда, но производительность процессора ограничивалась существующей переферией: шиной, памятью и т.д.?

Периферия развивается по таким же законам, происходит рост частоты и количества транзисторов, плюс учет уже физических параметров внешних схем (нужно учитывать параметры плат при больших частотах - проводники уже становяться важной частью схемы). Так что, процы и периферия всегда примерно друг другу соответствуют по частотам и архитектурам.

[Nick Pastushok]

тот же ВМ3 имеет большой кристалл и транзисторы разнесены очень свободно, думаю из-за тепла.

Мое мнение на этот счет другое.
Полтора и даже два W, это очень не много для такого роскошного керамического корпуса как у КМ1801ВМ3. Надеюсь, кристалл так же имеет отличную теплопередачу в керамический корпус, и препятствий там особых отвода тепла нет.

То фото, что мы можем видеть в интернете, такой вот процессор с приклеенным на весь корпус радиатором, так это таки и не факт, надписи не видно и в таком же или очень похожем корпусе еще были быстродействующие много-разрядные перемножители КМ1802ВР4 и К1518ВЖ1 - такие себе цифровые печки :-) Хотя их импортные отдаленные аналоги по докам TMC2009=TDC1009, TDS1010 жрали всего в пределах до 100-200мА - до 1W. Но у нас все было на порядок круче, так что токи возможно так же в пару раз круче.



Кроме того такой радиатор может был и нужен 1801ВМ3-му , но только вот не для ДВК-шки, не для обычных нормальных условий с хорошей вентиляцией корзины с платой процессора а для некоторого спецоборудования, в котором были тяжелые условия в виду или особой компактности или просто из за отсутствия нормальной вентиляции даже при нормальном объеме.

А свободность на кристалле не так уж и велика. Хоть и вентилей рединько, но они кучками сосредоточены, а между ними дороги достаточно плотно утыканы и валом их. Конечно же можно было бы и по плотнее и даже тех залысин не оставлять, но чип достаточно сложен и особенно для ручной разводки, потому, при проектировке, оставляли некоторый запас пространства, чтобы все гарантировано влезло и если что не так, чтоб не переразводить все а втиснуть при необходимости еще чего. Это очень сложный чип чтобы его в те времена в сроки могли вылизывать до идеала. Вот и не вылизывали, не оптимизировали а пекли чего сразу получилось "на быструю руку". Так что как не крути а при большей сложности и дорог много, а дорогам, и особенно шинам нужно свободное место без вентилей, и площади этого места нужны обширные, попробуй их точно рассчитай и сведи так точно все спроектированные узлы-куски во едино, чтобы сшилось идеально без залысин и плотненько.

Ну а регулярные структуры (регистры, поля ПЗУ и ПЛМ, счетчики, дешифраторы) как раз и компактно собраны (отдельно проэктировались или брались из библиотеки да прикручивались готовинькими), там в основном все место занимают вентили а не дороги, и при этой плотности ничего не перегревается, просто оно, регулярное, очень хорошо и компактно упаковывается, и при полтора Вт на кристалл при таком огромном керамическом корпусе вряд ли кто особо задумывался о перегревах локальных или кристалла вообще.

Ну это мое личное субъективное мнение а не истина, может быть я и не прав, а может мы оба правы по немногу :-)

[MM]

М1801ВМ3 всякие бывают ...
Первые ОП 1986 г. шли с алюминиевой пластинкой - как на АЦП ( на фото выше ).
Даже из одной партии одной даты, из 1 шт. заводской упаковочной коробки бывают экз с приблизительно одинаковым напряжением смещения подложки и в разы отличающиеся по термопакету ( при одинаковой частоте и напряжении питания ). Причем холодышки совсем не требуют обдува и исправно работают на 7.50 мгц при комнатной температуре +25 градусов часами ( в зацикленном тесте ОЗУ ), имея температуру корпуса в районе +35 градусов спустя час тестов. А вот горячие пироги - те норовят потребовать питания не менее +4.90 в. при 6 мгц и на отрез не гонятся свыше 6.75 мгц, требуя пассивного теплоотвода от П-3 - и тот при комнатных +25 градусах нагревается так до примерно 40 градусов за 1 час теста ОЗУ. В общем, разброс по потреблению получается в районе 200 ма ... ~ 600 ма.
Кстати, критически важно тестировать ВМ3 по полной программе RT-11 - т.к. отлавливаются экз с хранения, не знающие о VM: , до 5 % и более.

[Nick Pastushok]

Ах да , и как это я забыл еще и про АЦП в таком же корпусе 1108ПВ1 кажись или 3, да там у нее такой же корпус могу напутать , один из этой серии 6-битный в корпусе как у 1801ВМ1, а второй 8-битный в корпусе как у 1801ВМ3, и где то на теренах то ли интернета , то ли еще Фидо в 2000-ых, когда такие быстрые АЦП для оцифровки Видео были в СССР в диковинку, а на западе дороги, встречал о нем такое высказывание "Его горячество" вместо его величество, и с ним не советовали иметь дело а покупать импортные, например TDA8703 или TDA8708. Это говорит о том что коптило это 1108-ое АЦП не хило. Видел такие в корзинах ПАЛ-СЕКАМ транскодеров от стойки оборудования телевизионной аппаратной, когда работал на местном ТВ. Там он оцифровывал ПАЛ, заганял в ОЗУ 565РУ5 и потом от туда в СЕКАМ, а фишка в том что выход синхронен с отдельного входа синхронизации а вход синхронизируется по источнику сигнала (два разных клоковых домена). Работали эти корзина отлично и не глючили. В нашей стояли 6-битки а у соседней аппаратной была корзина по серьезней с 8-битными. Чего то тогда у меня интереса не было пальцем их пробовать на температуру.

[MM]

Из коллекции господина Скорохода.

[CodeMaster]

Даже из одной партии одной даты, из 1 шт. заводской упаковочной коробки бывают экз с приблизительно одинаковым напряжением смещения подложки и в разы отличающиеся по термопакету ( при одинаковой частоте и напряжении питания )

Что интересно, эта формулировка не потеряла своей актуальности и для современных процессоров.