Энтузиаст собрал «GPU» из 8192 микроконтроллеров RISC-V с припаянными к ним светодиодами
Финальная версия проекта будет иметь разрешение 320×200 пикселей и потребует более 64 000 чипов
Потребление прототипа достигло 2161 Вт при токе 655 ампер на 3,3 В, а для питания используется блок Corsair на 3000 Вт
Каждый микроконтроллер обошёлся в 13 центов, но итоговая стоимость чипов для полного массива превысит 8000 долларов
Если не считать редких распродаж, цены на видеокарты сегодня таковы, что невольно задумаешься: а не собрать ли GPU самому? Именно так и поступил известный аппаратный энтузиаст Маттиас Бальвирц, более известный как Bitluni, задействовав 8192 микроконтроллера RISC-V.
Источник изображения — tomshardware.com
Видеокарта и монитор в одном
Изначально задумывался просто дисплей, но после анализа затрат и сложности автор решил припаять RGB-светодиод непосредственно к каждому микроконтроллеру. Формально это превратило конструкцию в комбо «видеокарта плюс монитор». Для 1920×1080 потребовалось бы более двух миллионов чипов, поэтому выбор пал на разрешение 320×200 и 64 000 чипов — цифры, знакомые каждому, кто застал игры эпохи DOS.
Платы делаются модулями по 16×32 «пикселя» и располагаются по кругу в стиле суперкомпьютера Cray-1, только с несопоставимо большим количеством мигающих огней. Пайка светодиодов напрямую к каждому MCU продиктована бюджетом: готовые адресуемые RGB-модули оказались слишком дорогими.
655 ампер по линии 3,3 вольта
На первом этапе автор ограничился «всего лишь» 8192 чипами, хотя план полной сборки уже готов. Самый впечатляющий показатель — энергопотребление: 2161 Вт, то есть около 655 ампер при напряжении 3,3 В. Каждый микроконтроллер потребляет всего 10 мА — величина, кажущаяся безобидной ровно до момента умножения. Питание обеспечивает блок Corsair WS3000 ATX с самодельными преобразователями с 12 В на 3,3 В, рассчитанными на высокий ток.
Что внутри каждого «пикселя»
Использованы чипы QingKe CH570 на архитектуре RISC-V: 32-битное ядро с ограниченным набором команд и частотой до 100 МГц. Несмотря на размер, обвязка внушительная — контроллер USB, приёмопередатчик 2,4 ГГц и поддержка Bluetooth 5.0 LE. Один чип обошёлся в $0,13, что снова выглядит скромно, пока не пересчитаешь на полный массив: более $8000 только за микроконтроллеры для конфигурации 320×200. Каждой группой из 32 чипов управляет более мощный контроллер CH32V.
Инженерная часть
Все печатные платы, цепи питания, интерфейсные модули и тестовые стенды спроектированы автором самостоятельно. По его словам, это первый его опыт разработки шестислойной платы, и он упёрся в технологические ограничения подрядчика по производству PCB. Изначально предполагалось иммерсионное охлаждение всего массива, но от идеи пока отказались по экологическим и ценовым соображениям — хотя подходящий акриловый контейнер уже рассчитан.
Отдельного упоминания заслуживает остроумное решение для прошивки: 3D-печатный инструмент в виде трёхзубой вилки-программатора, закреплённый на каретке 3D-принтера. Python-скрипт, отправляющий G-коды напрямую, точно позиционирует вилку над каждым микроконтроллером на плате — иначе программирование тысяч чипов вручную заняло бы недели.
До полноценного процессора, способного конкурировать с Nvidia, этой конструкции далеко, и главный вопрос сообщества традиционен: когда на ней запустят Doom. Иронии добавляет то, что один человек в домашней лаборатории спроектировал более надёжную систему подачи питания, чем фирменный разъём 12V-2x6, — используя при этом компоненты с обычных онлайн-площадок.
