शुद्ध सिलिकॉन डेमो कोडिंग: CPU और मेमोरी के बिना सिर्फ 4 हज़ार गेट्स में इम्प्लीमेंटेशन

 (a1k0n.net)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2025-12-21 | अभी कोई टिप्पणी नहीं है. | WhatsApp पर शेयर करें
  • Tiny Tapeout 8 डेमो प्रतियोगिता में सिर्फ लगभग 4 हज़ार logic gates के साथ VGA graphics और 1-bit audio आउटपुट देने वाले दो ASIC डेमो बनाए गए
  • पहला काम पारंपरिक demoscene शैली का intro है, जिसमें 3D checkerboard, star background, scrolling text, music शामिल हैं, और इसे CPU·RAM के बिना शुद्ध state machine के रूप में इम्प्लीमेंट किया गया
  • दूसरा Nyan Cat animation है, जो 640x480 VGA और video-synced audio का उपयोग करके लगभग पूरा सर्किट एक tile के भीतर समेटता है
  • सभी visual और audio effects Verilog-आधारित logic circuit से सीधे जनरेट होते हैं, और triangle wave·pulse wave synthesizer, LFSR noise, sigma-delta DAC आदि के जरिए न्यूनतम संसाधनों में संगीत पुनर्निर्मित किया गया है
  • Efabless के दिवालिया होने से manufacturing रुक गई थी, लेकिन बाद में chip बहाल किए गए और यह पुष्टि हुई कि वे असली hardware पर पूरी तरह काम करते हैं

TT08 intro डेमो

  • background starfield, 3D checkerboard, लहराती scrolling text और shadow effect सहित graphics कॉन्फ़िगरेशन
    • VGA resolution 1220x480, 48MHz clock का उपयोग
    • Verilator simulation से C++ में बदलकर SDL window में render करके वीडियो बनाया गया
  • 293 flip-flops, कुल 3374 cells के उपयोग से area limit के बहुत करीब पहुँचा गया
    • font encoding ने gate area का बड़ा हिस्सा लिया, इसलिए color values छोड़कर diagonal stripe pattern से बदला गया
  • ROM के बिना data encoding के लिए patterns को logic gates से सीधे व्यक्त किया गया
    • Yosys synthesis pipeline truth table को standard cells में बदलती है
    • data complexity की तुलना में address के अनुसार algorithmic simplicity area घटाने में अधिक फायदेमंद रही
  • sine-wave scroller को table के बिना vector rotation से इम्प्लीमेंट किया गया
    • Minsky की symplectic integrator विधि से circular orbit बनाया गया
  • checkerboard plane projection fixed-point arithmetic से इम्प्लीमेंट किया गया
    • recip16 module y-coordinate का reciprocal निकालकर perspective transform करता है
    • XOR operation से color pattern बनाया गया, और drum beat के साथ plane की ऊँचाई बदलती है

graphics के विस्तृत तत्व

  • shadow effect scrolling text को plane coordinate system में project करके color bits को shift करता है
  • star background (Starfield) में LFSR से हर scanline के लिए random numbers बनाए जाते हैं
    • frame counter के साथ मिलाकर stars की position और speed तय होती है, और snare drum timing के साथ tail length बदलती है

music synthesis

  • ABACABAD structure के repeating pattern से logic gate duplication को न्यूनतम किया गया
  • तीन channels की संरचना
    • noise + exponential decay (snare)
    • square-wave arpeggio (melody/chord)
    • triangle wave + exponential decay (kick/bass)
  • sigma-delta DAC से audio output
    • PWM की जगह accumulator carry bit आउटपुट करके सरल इम्प्लीमेंटेशन किया गया
  • Crooner (C64 SID) गीत की chord progression उधार ली गई
    • 8-note scale आधारित, 2-octave range, bit-आधारित arpeggio
    • tempo को 15·25 ticks के बीच बदलकर swing rhythm इम्प्लीमेंट की गई

पुनरावलोकन

  • audio और video clocks को अलग रखने वाले design के कारण music-video sync mismatch हुआ
  • 1220x480 जैसी non-standard resolution चुनने से LCD display quality घटी
  • CRT पर प्राकृतिक dithering effect मिलता है, लेकिन digital capture में distortion होता है

Nyan Cat डेमो

  • Tiny Tapeout 8 deadline से ठीक पहले बनाया गया, 640x480 VGA और 60Hz synchronized audio का उपयोग
    • मूल GIF से frames और palette निकालकर RGB222 में dithered conversion किया गया
    • LFSR-आधारित star background को फिर से इस्तेमाल किया गया
  • music data के लिए MIDI file पार्स करके 8-note scale में remap किया गया
    • सिर्फ bass/kick channel और melody channel, ये दो channels उपयोग किए गए
    • हर frame की शुरुआत (60Hz) पर exponential decay envelope लागू किया गया
  • 25% duty-cycle pulse wave से melody बनाई गई
    • octave के अनुसार upper bits चुनकर frequency adjust की गई
    • low-pass filter जोड़कर timbre समायोजित किया गया

manufacturing और परिणाम

  • Tiny Tapeout 8 में सितंबर 2024 में manufacturing शुरू हुई, लेकिन Efabless के दिवालिया होने से रुक गई
    • 2025 की दूसरी छमाही में नई operations team ने chips वापस लेकर वितरित किए
  • असली chip testing में सभी designs सामान्य रूप से काम करते पाए गए
    • सिर्फ Donut डेमो में stability के लिए clock को 45MHz तक घटाना पड़ा
  • Nyan Cat डेमो LCD और CRT दोनों पर पूरी तरह चला
    • Bitluni के YouTube live में इसका प्रदर्शन किया गया

समापन

  • 1 साल से अधिक इंतज़ार के बाद असली silicon पर पूरी तरह चलने वाला डेमो पुष्टि हुआ
  • Tiny Tapeout वातावरण में CPU·RAM के बिना शुद्ध logic circuit से visual और audio effects इम्प्लीमेंट करने का उदाहरण
  • आगे और उन्नत low-level hardware demo techniques विकसित करने की योजना का उल्लेख

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