ساخت کارت گرافیک خانگی ۲۰۰۰ واتی با ۸۱۹۲ تراشه ارزان

قیمت کارت گرافیک به قدری سرسام‌آور شده که شاید شما هم به این فکر افتاده باشید که ای کاش می‌توانستید کارت گرافیک خودتان را در خانه بسازید! اگرچه برای اکثر ما این فقط یک خیال‌پردازی است، اما یک هکر سخت‌افزاری این ایده را «تقریباً» عملی کرده است.

ماتیاس بالویرز (Matthias Balwierz)، هکر سرشناس سخت‌افزار که در دنیای فناوری با نام مستعار Bitluni شناخته می‌شود، در پروژه‌ای شگفت‌انگیز، با استفاده از ۸۱۹۲ میکروکنترلر مبتنی بر معماری RISC-V، یک کارت گرافیک دست‌ساز خلق کرده است.

ترکیب کارت گرافیک و مانیتور در یک هیولای سخت‌افزاری

بالویرز در ابتدا قصد داشت تنها یک نمایشگر غول‌پیکر بسازد، اما پس از بررسی هزینه‌ها و چالش‌های فنی، تصمیم گرفت یک LED از نوع RGB را مستقیماً به هر تراشه میکروکنترلر (MCU) لحیم کند. با این ترفند ، او عملاً این دستگاه را به یک «کارت گرافیک و مانیتور هیبریدی» تبدیل کرد.

همچنین محاسبات او نشان می‌داد که رسیدن به رزولوشن 1080p نیازمند بیش از دو میلیون تراشه است، به همین دلیل، او رزولوشن ۳۲۰ در ۲۰۰ پیکسل (معادل ۶۴ هزار تراشه) را که یادآور دوران طلایی بازی‌های سیستم‌عامل DOS است، به عنوان هدف نهایی پروژه تعیین کرد. در فاز فعلی، او از ۸۱۹۲ تراشه استفاده کرده و آن‌ها را روی بردهایی با ابعاد ۱۶ در ۳۲ پیکسل قرار داده است.

مصرف انرژی خیره‌کننده با تراشه‌های ۱۳ سنتی

شاید حیرت‌انگیزترین آمار این پروژه، میزان مصرف انرژی آن باشد. این هیولای پردازشی در مجموع ۲۱۶۱ وات توان (حدود ۶۵۵ آمپر در ولتاژ ۳.۳ ولت) می‌بلعد. اگرچه هر میکروکنترلر تنها ۱۰ میلی‌آمپر برق مصرف می‌کند، اما وقتی این عدد را در ۸۱۹۲ ضرب کنید، با یک چالش مهندسی بزرگ روبه‌رو می‌شوید. برای مهار این هیولا، بالویرز از یک پاور قدرتمند Corsair WS3000 ATX و مبدل‌های ولتاژ سفارشی برای تبدیل ولتاژ شاخه ولتی به ۳.۳ ولت استفاده کرده است.

مغز متفکر این سیستم، تراشه‌های ۳۲ بیتی QingKe CH570 RISC-V هستند که با فرکانس ۱۰۰ مگاهرتز کار می‌کنند. این تراشه‌های کوچک دارای کنترلر USB، فرستنده ۲.۴ گیگاهرتزی و بلوتوث ۵.۰ هستند و قیمت هر کدام تنها ۱۳ سنت است، اما برای تکمیل ۶۴ هزار پیکسل نهایی، بالویرز باید بیش از ۸۰۰۰ دلار فقط برای خرید تراشه‌ها هزینه کند! هدایت هر مجموعه ۳۲ تایی از این میکروکنترلرها نیز بر عهده یک تراشه قدرتمندتر CH32V است.

ابتکار با پرینتر سه‌بعدی و کدهای پایتون

بالویرز تمام مدارهای PCB، سیستم‌های انتقال توان و بردهای رابط را شخصاً طراحی کرده است. این اولین تجربه او در طراحی بردهای ۶ لایه بود و جالب اینکه در ابتدا قصد داشت کل سیستم را با روش خنک‌کننده غوطه‌وری (Immersion Cooling) خنک کند، اما فعلاً به دلایل زیست‌محیطی و البته هزینه از آن صرف‌نظر کرده است.

خلاقانه‌ترین بخش این پروژه، روش پروگرام کردن این هزاران تراشه است. او یک ابزار سه‌شاخه پلاستیکی را با پرینتر سه‌بعدی چاپ کرد و به هدِ پرینتر متصل نمود. سپس با استفاده از یک اسکریپت پایتون و ارسال دستورات مستقیم G-code، پرینتر سه‌بعدی را به یک ربات تبدیل کرد که با دقتی میلی‌متری روی تک‌تک تراشه‌ها قرار گرفته و آن‌ها را برنامه‌ریزی می‌کند.

اگرچه زمان زیادی باقی مانده تا این GPU دست‌ساز بتواند انویدیا را تهدید کند، اما بی‌صبرانه منتظر روزی هستیم که بازی Doom روی آن اجرا شود. نکته دیگر آنکه برخلاف کانکتور ۱۶ پینی انویدیا، هنوز گزارشی از سوختن سیستم انتقال توان این غول ۲۰۰۰ واتی منتشر نشده است!