A több ezer 0,13 dolláros mikrokontroller processzorként és pixelként is működik
Első pillantás: Matthias Balwierz, egy hardveres hacker, ismertebb nevén Bitluni, több ezer olcsó mikrokontrollerből épít egy házi készítésű GPU-t. Ahelyett, hogy egyetlen nagy teljesítményű processzorra hagyatkozna, Balwierz több ezer RISC-V lapkára osztja szét a munkát. Mindegyik processzorként és pixelként is működik, köszönhetően a közvetlenül ráforrasztott RGB LED-nek. Az eredmény egy olyan rendszer, ahol a grafikus hardver és a kijelző ugyanabba a lapkatömbbe van beépítve.
Egy Full HD kijelzőhöz több mint kétmillió chipre lenne szükség. Így Balwierz leskálázta a koncepciót 320 x 200-as felbontásra, amely formátumhoz még 64 000 mikrokontroller szükséges, ha elkészül. A jelenlegi prototípus kisebb, 8192 chipből áll, amelyek egyedi áramköri lapokon vannak elhelyezve.
Mindegyik tábla egy 16 x 32 pixelblokkot kezel, maguk a táblák pedig kör alakú elrendezésben vannak elrendezve, lazán a Cray-1 szuperszámítógép ihlette. A vizuális eredmény villogó LED-ek sűrű sora, amelyek mindegyike a saját processzorához van kötve.
Az a döntés, hogy egy alap RGB LED-et közvetlenül minden chiphez csatoltak, költséges volt. A fejlettebb, címezhető LED-ek túl magasra emelték volna a projekt költségvetését.
Az építmény közepén lévő chipek QingKe CH570 mikrokontrollerek. Egyenként körülbelül 0,13 dollárba kerülnek, és elég sok hardvert tartalmaznak az árhoz képest. Mindegyik tartalmaz egy 32 bites RISC-V CPU-t, amely akár 100 MHz-ig fut, USB-vezérlővel, 2,4 GHz-es adó-vevővel és Bluetooth 5.0 LE támogatással.
Még ezen az alacsony áron is gyorsan összeadódik a több tízezer darab skálázása. A teljes, 64 000 chipes verzió több mint 8 000 dollárba kerülne csak a mikrokontrollerekért.
Annak érdekében, hogy minden rendben legyen, a kisebb chipek 32-ből álló csoportjait egy erősebb CH32V vezérlő kezeli. Ez a réteges megközelítés segít a rendszer koordinálásában anélkül, hogy egyetlen központi processzorra támaszkodna.
A hatalom az egyik legnagyobb kihívás. Minden chip külön-külön csak körülbelül 10 milliampert vesz fel. De több ezer egységben a számok gyorsan összeadódnak. A jelenlegi beállítás körülbelül 2161 wattot vagy nagyjából 655 ampert húz 3,3 volton. Ennek a terhelésnek a kezelésére a Balwierz Corsair WS3000 ATX tápegységet és egyedi konvertereket használ, hogy nagy áram mellett 12 V-ot 3,3 V-ra csökkentsen.
A rendszer szinte minden része egyedi tervezésű. Balwierz maga tervezte az összes áramköri lapot, energiarendszert és tesztelő hardvert. Úgy tűnik, ez az első hatrétegű PCB-je, és ellentmond a JLCPCB tervezési korlátainak. Eredetileg merülő hűtés alkalmazását tervezte a hő kezelésére, de költség- és környezetvédelmi megfontolások miatt egyelőre nem döntött.
A projekt egyik ötletesebb aspektusa a chipek programozási módja. Ahelyett, hogy mindegyiket manuálisan felvillantotta volna, Balwierz egy háromágú programozóeszközt készített 3D nyomtató segítségével. Felszerelte az eszközt a nyomtató mozgó kocsijára, és írt egy Python-szkriptet, amely G-kód parancsokat küld, hogy pontosan pozícionálja az egyes mikrokontrollerek felett. A beállítás automatizálja azt, ami egyébként lassú, ismétlődő folyamat lenne.
A projekt még mindig a kezdeti szakaszban van, és közel sem versenyez a kereskedelmi GPU-kkal. De valójában nem ez a lényeg. Amit ő épít, az a koncepció bizonyítéka, amely azt teszteli, milyen messzire lehet tolni az elosztott, alacsony költségű hardvert. Más megközelítést alkalmaz a grafikus feldolgozáshoz, egyetlen nagy teljesítményű chip helyett sok egyszerű, párhuzamosan működő egységre támaszkodik.
Még mindig nyitott kérdés, hogy végül fut-e valami, mint a Doom. Egyelőre azt mutatja, hogy az olcsó alkatrészek meddig juthatnak el, ha valaki hajlandó átgondolni, hogyan működhet a GPU.