Reproduzir uma GPU – Projetar uma GPU está entre as tarefas mais complexas da indústria de semicondutores e, normalmente, exige investimentos bilionários, grandes equipes de engenharia e acesso às fábricas mais sofisticadas do setor. Mesmo assim, um desenvolvedor independente decidiu mostrar que é possível reproduzir os princípios básicos desse tipo de hardware utilizando componentes simples encontrados no mercado.
Um projeto doméstico recria os princípios de funcionamento de uma GPU
A iniciativa surgiu a partir da curiosidade de explorar os limites da computação distribuída empregando apenas microcontroladores de baixo custo. Em vez de criar um chip gráfico convencional, o alemão Matthias Balwierz, conhecido na internet como Bitluni, adotou uma solução completamente diferente.
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No projeto, cada pixel da tela é comandado por um microcontrolador baseado na arquitetura RISC-V, conectado diretamente a um LED RGB. Assim, cada chip é responsável tanto pelo processamento das informações quanto pelo controle de um único ponto da imagem.
Atualmente, o sistema reúne 8.192 microcontroladores operando em conjunto.
Apesar de já representar uma estrutura impressionante, essa quantidade corresponde apenas a uma fase intermediária. O objetivo final é alcançar cerca de 64 mil unidades, número suficiente para formar uma tela com resolução de 320 x 200 pixels, padrão bastante conhecido dos computadores e jogos da era do MS-DOS.
Embora essa resolução esteja muito distante dos padrões atuais, ampliar a quantidade de pixels torna o projeto exponencialmente mais complexo.
Caso a meta fosse reproduzir uma tela Full HD, por exemplo, seriam necessários mais de dois milhões de microcontroladores trabalhando simultaneamente, além de uma infraestrutura muito maior para alimentação elétrica, comunicação e sincronização entre todos os dispositivos.
Para simplificar a construção, Bitluni dividiu o sistema em módulos independentes formados por matrizes de 16 x 32 pixels. Essas unidades são organizadas em uma estrutura circular inspirada no supercomputador Cray-1, referência histórica em computação de alto desempenho.
A proposta não busca rivalizar com as GPUs produzidas por empresas como NVIDIA e AMD. O foco está em demonstrar, de forma didática, como operações gráficas podem ser distribuídas entre milhares de pequenos processadores executando tarefas em paralelo.
O maior desafio está na coordenação de milhares de chips
Os microcontroladores utilizados pertencem à família QingKe CH570, baseada na arquitetura RISC-V de 32 bits e capaz de operar em frequências próximas de 100 MHz.
Cada unidade conta ainda com memória integrada, conexão USB, comunicação sem fio de 2,4 GHz e suporte ao Bluetooth.
Embora cada chip custe cerca de 13 centavos de dólar, o valor total cresce rapidamente quando multiplicado pelas aproximadamente 64 mil unidades previstas.
Apenas os microcontroladores representam um investimento superior a oito mil dólares, sem incluir placas eletrônicas, fontes de alimentação e outros componentes.
Para evitar que um único controlador tenha de gerenciar todos os dispositivos, o projeto utiliza uma estrutura hierárquica. Cada conjunto de 32 microcontroladores é supervisionado por um controlador mais robusto, encarregado de coordenar a comunicação entre os chips daquele módulo.
Ainda assim, os desafios permanecem significativos
Quando estiver totalmente concluído, o equipamento poderá consumir aproximadamente 2.161 watts de potência, exigindo cerca de 655 amperes operando a 3,3 volts — um consumo comparável ao de diversos eletrodomésticos funcionando simultaneamente.
Para atender essa demanda, Bitluni adaptou uma fonte Corsair WS3000 e desenvolveu conversores capazes de reduzir a tensão de 12 volts para os 3,3 volts necessários aos microcontroladores.
Outro obstáculo apareceu durante a etapa de programação.
Instalar manualmente o firmware em dezenas de milhares de chips seria uma tarefa praticamente inviável. Como solução, o maker transformou uma impressora 3D em uma estação automática de gravação. Com um sistema de contatos elétricos e um script em Python baseado em comandos G-code, a impressora percorre cada microcontrolador e realiza a instalação do software de forma automatizada.
Embora ainda esteja distante do desempenho alcançado por uma GPU convencional, o projeto demonstra que diversos conceitos presentes nas placas gráficas modernas podem ser reproduzidos em um ambiente doméstico. Mais do que desenvolver um novo equipamento, Bitluni apresenta, passo a passo, os fundamentos de funcionamento de uma GPU, evidenciando como criatividade e engenharia podem tornar viáveis ideias consideradas improváveis.
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(Com informações Gizmodo)
(Foto: Reprodução/Magnific/sanuar husen)
