FPGA开发者做了一件很酷的事:他把美国海军F-14雄猫战斗机的中央大气数据计算机(CADC),塞进了一架3D打印的F-14模型里。更关键的是,他用FPGA完整重现了CADC的大脑——MP944微处理器,这颗芯片的服役时间比英特尔4004早了整整一年多。
项目作者Alan Taylor是一位FPGA和嵌入式系统专家。他把整个CADC系统做成了开源资源,发布在GitHub上,包含全部六颗原始芯片的可综合VHDL实现、文档和测试平台。硬件载体是Adiuvo嵌入式系统Tile中的Spartan-7核心板。换句话说,你现在可以自己动手,用现代FPGA跑一遍1970年代最顶尖的军用飞行计算机逻辑。
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关于MP944的争议由来已久。去年社交媒体上就爆发过一轮讨论:F-14的飞行计算机到底是不是“世界上第一颗微处理器”?支持MP944的一方认为,这颗芯片从1970年6月开始服役,比1971年11月才面世的英特尔4004提前了超过一年。但它有一个致命弱点——直到1998年,这整套设计都是美国官方机密。所以英特尔4004在公开市场上轻松摘走了“第一”的名号,而MP944在阴影里藏了28年。
这种委屈不是没道理。从规格上看,MP944是一颗20位、流水线化、并行的多微处理器系统,基于当时最先进的MOS工艺制造,主频375kHz,每秒能执行9375条指令。它被设计用于实时计算高度、空速、马赫数等飞行参数,是F-14标志性可变后掠翼系统的关键支撑。为了扛住战斗机的高过载,这颗芯片还通过了严苛的可靠性测试,能在零下55摄氏度到零上125摄氏度的温度范围内稳定工作。一些芯片架构爱好者认为,MP944实际上“比英特尔4004快8倍”——不过也要说句公道话,英特尔的4004最初是为台式计算器设计的,两者的任务量级本来就不在一个维度上。
MP944并非单打独斗。它在CADC里以六芯片系统的形式协作运转,整套方案由Steve Geller和Ray Holt领衔,带着一支25人的团队完成开发。这套系统要在飞行中实时处理气流数据,反馈给飞行员和飞控系统,同时驱动雄猫那对标志性的机翼该后掠多少度、什么时候变角度。把它用现代逻辑在FPGA上跑通,本身就是一场技术考古——证明了当年那批工程师在极端资源约束下做出了怎样的设计取舍。
现在,从VHDL源码到仿真验证环境全开放在GitHub上。如果你想看看这颗被雪藏28年的“世界第一微处理器”到底怎么工作,大概可以找台3D打印机先打个F-14外壳,然后让一颗Spartan-7在机腹里跑起来。
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