64 tysiące układów zamiast jednego GPU. Szalony projekt RISC-V

Większość współczesnych kart graficznych opiera się na jednym, niezwykle złożonym układzie GPU. Matthias Balwierz, hardware'owy haker znany w internecie jako Bitluni, postanowił pójść w zupełnie innym kierunku. Tworzy własny procesor graficzny złożony z tysięcy tanich mikrokontrolerów RISC-V, z których każdy odpowiada za... pojedynczy piksel obrazu.

Sercem projektu są mikrokontrolery QingKe CH570 kosztujące zaledwie około 13 centów za sztukę. Każdy z nich wyposażono w 32-bitowy rdzeń RISC-V pracujący z częstotliwością do 100 MHz, a także prostą diodę RGB przylutowaną bezpośrednio do układu. Dzięki temu każdy mikrokontroler jednocześnie przetwarza dane i wyświetla przypisany mu piksel. Docelowo konstrukcja ma osiągnąć rozdzielczość 320 × 200 pikseli, co wymaga aż 64 tys. mikrokontrolerów. Obecny prototyp wykorzystuje 8192 układy rozmieszczone na specjalnie zaprojektowanych płytkach drukowanych.

Sercem projektu są mikrokontrolery QingKe CH570 kosztujące zaledwie około 13 centów za sztukę.

Inspiracja superkomputerem Cray-1

Każda płytka obsługuje blok 16 × 32 pikseli, a wszystkie moduły ułożono w charakterystyczny okrąg przypominający legendarny superkomputer Cray-1. Nad grupami 32 mikrokontrolerów czuwa wydajniejszy kontroler CH32V, który koordynuje ich pracę bez konieczności stosowania jednego centralnego procesora.

Choć pojedynczy mikrokontroler pobiera zaledwie około 10 mA, przy tysiącach układów robi się z tego potężne zapotrzebowanie na energię. Aktualna wersja projektu zużywa ponad 2,1 kW mocy, dlatego autor wykorzystuje zasilacz Corsair WS3000 oraz własne przetwornice obniżające napięcie z 12 V do 3,3 V.

Programowanie z pomocą drukarki 3D

Jednym z najbardziej pomysłowych elementów projektu jest proces programowania mikrokontrolerów. Balwierz skonstruował specjalne narzędzie montowane na drukarce 3D, które automatycznie przesuwa się nad kolejnymi układami i programuje je przy użyciu skryptu w Pythonie. Pozwala to zautomatyzować proces, który ręcznie trwałby wiele godzin.

Projekt znajduje się jeszcze we wczesnej fazie rozwoju i nie ma szans konkurować z nowoczesnymi GPU od AMD, Intela czy NVIDII. Nie taki jest jednak jego cel. To eksperyment pokazujący, że przetwarzanie grafiki można realizować w zupełnie inny sposób.