Dem Hardware-Hacker Dmitry Grinberg ist kürzlich etwas gelungen, das unmöglich klingt: Linux auf dem Intel 4004 bootender erste kommerzielle Mikroprozessor der Welt. Mit nur 2.300 Transistoren und einer ursprünglichen Taktfrequenz von 740 kHz ist die CPU von 1971 nach modernen Maßstäben unglaublich primitiv. Und sie ist langsam – der Linux-Kernel braucht etwa 4,76 Tage, um zu booten.
Ursprünglich für einen japanischen Rechner namens Busicom 141-PF entwickelt, war der 4-Bit 4004 fand nur begrenzten Einsatz in kommerziellen Produkten der 1970er Jahre, bevor sie durch leistungsstärkere Intel-Chips wie den 8008 und 8080 ersetzt wurden, die die frühen Personalcomputer antrieben – und dann den 8086 und 8088, die die Ära des IBM-PC einläuteten.
Wenn Sie skeptisch sind, ob diese Leistung mit einem einfachen 4004 möglich ist, haben Sie Recht: Der 4004 selbst ist viel zu eingeschränkt, um Linux direkt auszuführen. Stattdessen hat Grinberg eine ebenso beeindruckende Lösung geschaffen: einen Emulator, der auf dem 4004 läuft und einen MIPS R3000-Prozessor emuliert – die Architektur, die im DECstation 2100 Workstation, auf die Linux ursprünglich portiert wurde. Dieser Emulator ermöglicht zusammen mit minimaler Hardware-Emulation das Booten eines abgespeckten Debian-Linux mit einer Eingabeaufforderung.
Linux/4004.
Grinberg ist kein Fremder zu den Leistungen, Linux an unwahrscheinlichen Orten auszuführen. Auf seiner Website erklärt er: „2012 ließ ich echtes Linux auf einem 8-Bit-Mikrocontroller (AVR) laufen und stellte damit einen neuen Weltrekord für die leistungsschwächste Maschine auf, auf der jemals Linux lief.“ Nachdem andere diesen Rekord in den letzten Jahren übertroffen hatten, beschloss er, sich selbst und andere zu übertreffen, indem er sich auf den allerersten Mikroprozessor konzentrierte.
Der lange, langsame Boot
Damit Linux auf dem 4004 funktioniert, musste Grinberg zahlreiche Herausforderungen meistern. Der 4004 hat extrem wenig ROM und RAM, keine Interrupts und selbst grundlegende logische Operationen wie AND und OR fehlen ihm. Grinbergs Emulator nutzt geschickt Lookup-Tabellen und andere Tricks, um die maximale Leistung aus der primitiven CPU herauszuholen.
Die endgültige Hardware verwendet den 4004 (übertaktet auf 790 kHz) zusammen mit mehreren anderen zeitgemäßen Support-Chips aus Intels MCS-4-Chipsatz. Sie enthält ein VFD-Display zur Anzeige von Linux-Ausgaben und kann Eingaben über eine serielle Verbindung akzeptieren. Das gesamte Setup verbraucht etwa 6 W Strom.
Um das Ganze zusammenzubringen, entwarf Grinberg eine benutzerdefinierte Platine ohne Vias (Pfade von einer Seite der Platine zur anderen) und nur rechtwinkligen Leiterbahnen für eine Retro-Ästhetik. Sie soll als Kunstwerk an der Wand montiert werden und im Laufe von Tagen oder Wochen langsam Linux-Befehle ausführen.
Obwohl es keinen praktischen Zweck hat, demonstriert das Linux/4004-Projekt die Flexibilität von Linux und treibt die Emulation an ihre Grenzen. Grinberg erwägt die Möglichkeit, Bausätze oder komplett montierte Platinen für alle anzubieten, die Linux in seiner langsamsten Form erleben möchten, dies ist jedoch noch nicht endgültig.
Alle Einzelheiten zum Projekt, einschließlich Schaltplänen und Quellcode, finden Sie unter Grinbergs Website. Für alle, die sich für Vintage-Computing oder extreme Linux-Implementierungen interessieren, ist es ein faszinierender Einblick in die Möglichkeiten der Technologie der 1970er Jahre und einer Menge cleverer Ingenieurskunst.
