Немецкий инженер и видеоблогер Маттиас Бальверц, известный в интернете под псевдонимом Bitluni, спроектировал и продемонстрировал на своем YouTube-канале вычислительное устройство из 8192 микроконтроллеров RISC-V. Физическая структура системы представляет собой массив печатных плат, объединенных в единый вычислительный кластер, который одновременно выполняет функции графического процессора и отображающего дисплея.
Автор: Bitluni. Источник изображения: Youtube
Экспериментальный проект представляет собой вычислительную матрицу, где каждый узел независимо обрабатывает и выводит часть изображения. Базовым элементом системы выступает 32-битный микроконтроллер QingKe CH570 (архитектура RISC-V) с тактовой частотой 100 МГц, встроенной статической оперативной памятью (SRAM) и поддержкой интерфейса USB. Ввиду высокой стоимости и технической сложности вывода видеосигнала на внешний экран, Бальверц припаял RGB-светодиод напрямую к каждому из 8192 чипов. Устройство выполняет функции графического процессора и монитора одновременно: один микроконтроллер отвечает за рендеринг и физическое отображение одного пикселя.
Прототип характеризуется высоким уровнем энергопотребления. Пиковая мощность системы достигает 2161 Вт при силе тока 655 ампер и напряжении 3,3 В. Для обеспечения цепи питанием задействован блок стандарта ATX мощностью 3000 Вт производства Corsair в связке со специально спроектированными высокотоковыми понижающими преобразователями напряжения.
В процессе проектирования первоначальная схема с единым тактовым генератором на 32 МГц для всех контроллеров оказалась неработоспособной из-за затухания сигнала, что потребовало установки индивидуальных кварцевых резонаторов на каждый чип. Для устранения перекрестных помех при передаче данных была разработана шестислойная печатная плата с выделенными полигонами заземления и экранированием. Координацию работы базовых микроконтроллеров на платах осуществляют 256 мастер-процессоров.
Процесс прошивки микроконтроллеров был автоматизирован с применением 3D-принтера Bambu Lab. На печатающую головку устройства был установлен специализированный инструмент с подпружиненными контактами (pogo-pins). Физическое позиционирование инструмента и поканальная загрузка микрокода в каждый чип контролировались скриптами на языке Python через платформы Node-RED и Home Assistant.
Текущая сборка на 8192 ядра является первым этапом проекта. Заявленная цель разработчика — дальнейшее масштабирование вычислительного кластера до 64 000 чипов для достижения разрешения стандарта QVGA (320x200 пикселей).
