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一芯一像素:6.4万颗RISC-V芯片自制GPU,每颗0.13美元

时间:2026-07-13 13:07
德国黑客Bitluni用6 4万颗单价0 13美元的RISC-V芯片CH570制成GPU,每芯片对应一像素,分辨率320×200,功耗约2161W,通过3D打印机自动烧录,验证了海量廉价弱单核强并行的另类图形处理架构。

用6.4万颗单价仅0.13美元的小芯片,拼凑出一颗可实际运行的GPU。这听起来像是极客圈的天方夜谭,但德国硬件黑客Matthias Balwierz——网名Bitluni的这位技术达人——确实完成了这一壮举。

他的设计思路极为直接:每颗芯片既是一个独立算力单元,同时也充当一个显示像素。RGB LED直接焊接在MCU上,图形硬件与显示阵列合二为一。没有传统GPU那种统一的大容量显存和庞大着色器阵列,取而代之的是无数小型内核并行协作。不追求单点性能,而是展现分布式架构的极致想象力。


圆形排布的LED与芯片阵列,其布局灵感源自Cray-1超级计算机(图源:TechSpot / 项目相关)

一、为何选择320×200,而非1080p分辨率

按照“一芯一像素”的方案,Full HD(1920×1080)需要超过200万颗芯片——成本、功耗、布线复杂度以及编程工作量都将完全失控。因此,Bitluni将目标锁定在经典的320×200分辨率。即便如此,最终完成时仍需多达64,000颗微控制器。

当前原型规模相对较小:共8,192颗芯片,安装在定制电路板上。每块板覆盖16×32像素区域,多块板拼接成圆形阵列,形态上松散地致敬了Cray-1超级计算机。从外部看,这是一面密密麻麻闪烁的LED墙,但每一颗灯珠背后都隐藏着一颗独立处理器。

二、芯片选型:QingKe CH570,单价约0.13美元

核心器件选用南京沁恒微电子推出的青稞(QingKe)CH570。单价约0.13美元,集成度却相当可观:32位RISC-V CPU,主频最高约100 MHz,集成USB控制器、2.4 GHz收发器,并支持Bluetooth 5.0 LE。

LED方面特意选用了基础RGB型号,而非更昂贵的可寻址灯珠——后者会迅速推高预算。即便单颗芯片价格低廉,扩展到6.4万颗时,仅MCU物料成本就超过8,000美元;整机若加上PCB、供电系统、结构件,总费用还要更高。


定制多层板与分块像素区域布局(图源:TechSpot / 项目相关)

这套系统最反直觉之处在于,你找不到一颗“中央大核”来统管所有事务。大约每32颗CH570由一颗性能更强的CH32V进行分组管理,形成分层协调架构:下层负责像素级运算与点亮,上层负责分块调度。这与传统GPU的调度机制截然不同,但目的相似——避免所有工作汇集到单一瓶颈上。

三、真正的硬骨头:供电与电流管理

值得仔细算一笔账:单颗芯片电流大约10mA,听起来微不足道,但乘以数千颗后,局面就完全不同了。现有配置功耗约2,161W,在3.3V电压下折合电流大约655A。

供电方案采用Corsair WS3000钛金电源,配合定制降压电路将12V转换为3.3V大电流输出。对于接触过大电流电源或服务器机柜的工程师来说,这已远非“开发板玩玩”的量级,而是涉及配电、走线截面积、接触电阻和局部压降等需要认真计算的工程难题。

硬件几乎全部自制:PCB、供电系统、测试夹具均为自主设计。作者提到这是他首次设计六层板,设计上还触及了JLCPCB的工艺极限。散热方面曾考虑过浸没式液冷,但因成本与环境考量暂时搁置。

四、6万颗芯片如何烧录?用3D打印机充当飞针

如果依靠手工逐颗烧录,项目时间将直接崩溃。Bitluni的解决方案是:3D打印一个三爪编程头,安装到打印机运动滑架上,再用Python发送G-code指令,将触点精确压到每颗MCU的烧录焊盘上——相当于把3D打印机改装成一台低成本自动飞针烧录机。


3D打印机搭载的自动定位烧录装置(图源:TechSpot / 项目相关)

这类“用通用机床或打印机解决产线问题”的思路,在小批量硬件极客圈中相当常见,也最能体现项目的工程趣味:难点往往不在于算法,而在于如何将量产式的重复劳动实现自动化。

五、它并非要挑战RTX,而是概念验证

项目仍处于早期阶段,性能上远不能与商用GPU相提并论——作者本人也清楚这一点,这并非目标所在。更准确的定位是:验证“海量廉价、弱单核、强并行”的架构能否构成一种另类图形处理方案;当图形单元与显示像素物理绑定后,系统边界会呈现出怎样的形态。

最终能否运行起Doom一类的演示程序,目前尚不确定。对电子工程读者而言,更有价值的是几个可迁移的观察:

• 并行度可以用“数量”换取,但互联、同步、供电和可制造性会立刻成为主要矛盾。
• 分层控制(CH570 + CH32V)将复杂度从“一核统治”转移到了“分域管理”。
• 自动化(烧录、测试)决定了这类规模项目能否完成,而不只是能否做出演示。

当有人用0.13美元一颗的RISC-V MCU重新定义“GPU可以长什么样”时,答案未必能上架销售,但足以提醒我们一点:架构选择,有时比单点性能参数更具想象力。

来源:https://www.163.com/dy/article/L1LJD01O0531PW97.html
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