Bu adam meskende 8 bin işlemcili GPU yaptı! Oyun için 64 binlik yolda

0

BEĞENDİM

ABONE OL

News

0

Bitluni ismiyle tanınan donanım geliştiricisi Matthias Balwierz, binlerce düşük maliyetli RISC-V mikrodenetleyiciyi birebir sistemde birleştiren mesken imali GPU projesini çalışır hale getirdi. Mevcut prototipte 8.192 işlemci bulunurken projenin tamamlanmış sürümünde 64 bin işlemci ve her işlemciye bağlı başka bir RGB LED kullanılacak. Böylelikle grafik süreçlerini gerçekleştiren donanım ile manzarayı oluşturan ekran tıpkı yapının içinde birleşecek.

Balwierz, projede tek ve güçlü bir grafik işlemcisi kullanmak yerine hesaplama vazifelerini binlerce küçük mikrodenetleyiciye dağıttı. Her mikrodenetleyici, kendisine direkt bağlanan bir RGB LED’i denetim ediyor. İşlemcilerin her biri imajdaki tek bir pikselden sorumlu olduğu için sistem birebir anda hem paralel süreç kümesi hem de ekran olarak çalışıyor.

İlk dizaynda Full HD çözünürlük değerlendirilse de 1920 x 1080 piksellik bir imaj için 2 milyondan fazla mikrodenetleyici gerekiyor. Balwierz bu sebeple çözünürlüğü eski DOS oyunlarından tanınan 320 x 200 piksele düşürdü. Bu çözünürlüğün eksiksiz biçimde oluşturulabilmesi için 64 bin mikrodenetleyici ve birebir sayıda RGB LED kullanılması gerekiyor.

Şu anda hazırlanan birinci sürümde 8.192 mikrodenetleyici bulunuyor. İşlemciler her biri 16 x 32 piksellik kısmı yöneten özel devre kartlarına yerleştirildi. Kartlar, 1970’li yıllarda geliştirilen Cray-1 üstün bilgisayarının dairesel dizaynını hatırlatan bir nizam içinde konumlandırıldı. Sistemin etrafına yerleştirilen kartlar çalışmaya başladığında binlerce LED birebir anda yanıp sönüyor.

Projede QingKe CH570 mikrodenetleyicileri kullanılıyor. Yaklaşık 13 sente satın alınabilen her çipte 100 MHz’e kadar çalışan 32 bit RISC-V3C işlemci çekirdeği, 12 KB SRAM, USB denetleyicisi ve 2,4 GHz kablosuz irtibat ünitesi bulunuyor. İşlemci RV32IMBC komut setini destekliyor lakin vektör, kayan nokta ve atomik süreç komutlarını donanımsal olarak taşımıyor.

CH570 için paylaşılan birtakım haberlerde Bluetooth 5.0 LE takviyesi de listelendi. Üreticinin teknik dokümanlarında ise CH570’in Bluetooth dayanağı sunmadığı açık biçimde belirtiliyor. Bluetooth özellikleri, birebir eser ailesindeki CH572 modelinde bulunuyor. CH570 sırf özel 2,4 GHz kablosuz bağlantı temasını destekliyor.

Tek bir mikrodenetleyicinin fiyatı epey düşük olsa da 64 bin çip kullanıldığında sadece işlemci maliyeti 8 bin doların üzerine çıkıyor. Bu meblağa altı katmanlı devre kartları, RGB LED’ler, denetleyici işlemciler, güç dönüştürücüleri, ilişki kesimleri, soğutma sistemi ve üretim sırasında kullanılamayan bileşenler dahil değil.

Sistemdeki her 32 CH570 mikrodenetleyici, daha güçlü bir CH32V serisi denetleyici tarafından yönetiliyor. Üst kademedeki işlemciler vazifeleri küçük çekirdeklere dağıtıyor, bağlantı akışını düzenliyor ve sonuçların toplanmasını sağlıyor. Bu katmanlı yapı, binlerce işlemcinin direkt tek bir merkezî denetleyiciye bağlanmasıyla oluşacak bağlantı yükünü azaltıyor.

Balwierz, proje için kullanılan devre kartlarını, güç dağıtım sistemlerini, irtibat kartlarını ve test donanımlarını kendisi tasarladı. Altı katmanlı devre kartlarının karmaşıklığı, üretici JLCPCB’nin tasarım ve sipariş sisteminin hudutlarına ulaştı. Büyük kartlar üretilemediği için yapı daha küçük modüler modüllere ayrıldı ve bu modüller bir ana irtibat kartı üzerinde birleştirildi.

İlk prototiplerde saat sinyalinin birden fazla işlemciye tek bir osilatör üzerinden dağıtılması planlandı. Çok sayıda mikrodenetleyicinin tıpkı hatta bağlanması sinyal düzeyini düşürdü ve sistemin kararsız çalışmasına sebep oldu. Tasarım daha sonra her mikrodenetleyiciye farklı kristal osilatör eklenecek formda değiştirildi.

Kartların birinci sürümlerinde bağlantı çizgilerinin yanlış bağlanması ve kimi işlemcilerin sistemsiz çalışması üzere problemler da yaşandı. MOSI ve MISO irtibatlarının aksi yerleştirildiği örnek kartlar elle düzenlendi, akabinde devre tasarımı seri üretilecek kartlar için tekrar hazırlandı. Sinyal teşebbüsünü azaltmak için devre yollarının pozisyonu ve katman yerleşimi değiştirildi.

Binlerce mikrodenetleyicinin tek tek programlanması için 3D yazıcıdan yararlanıldı. Balwierz, mikrodenetleyicilerin programlama noktalarına temas eden üç uçlu özel bir aparat üretti ve bu aparatı 3D yazıcının hareketli kafasına bağladı. Python ile hazırlanan yazılım, G-code komutları göndererek yazıcı kafasını kart üzerindeki her işlemcinin üzerine sırayla taşıdı.

Programlama aparatı, işlemcilerin üzerindeki temas noktalarına otomatik olarak dokunuyor ve gerekli yazılımı yüklüyor. Bu yol, binlerce mikrodenetleyicinin elle programlanması sırasında oluşabilecek mühlet kaybını ve ilişki yanlışlarını ortadan kaldırıyor. Birebir düzenek arızalı yahut programlanamayan işlemcilerin tespit edilmesinde de kullanılıyor.

Projenin en büyük mühendislik meselelerinden biri güç dağıtımı oldu. Her CH570 yaklaşık 10 miliamper akım çekiyor. 64 bin işlemcinin tıpkı anda çalıştığı tamamlanmış yapı, sadece mikrodenetleyiciler için 3,3 volt düzeyinde yaklaşık 655 amper akım ve 2.161 watt güç gerektiriyor. Mevcut 8.192 işlemcili prototipte birebir hesap yaklaşık 270 watt düzeyine karşılık geliyor. LED’ler, denetleyici işlemciler ve güç dönüşümündeki kayıplar toplam tüketimi daha da artırıyor.

Balwierz, sistemi çalıştırmak için 3.000 watt kapasiteli Corsair WS3000 güç kaynağı kullandı. Güç kaynağından gelen 12 voltluk çıkış, özel dönüştürücüler üzerinden 3,3 volta indiriliyor. Yüzlerce amperlik akımın devre kartlarına inançlı biçimde aktarılması için yüksek akıma sağlam ilişkiler ve farklı güç dağıtım katmanları hazırlandı.

İlk dizaynda sistemin yalıtkan bir sıvının içine yerleştirilerek daldırma metoduyla soğutulması da değerlendirildi. Bu süreç için akrilik bir hazne tasarlandı fakat sıvı, hazne ve dolanım sistemi maliyeti sebebiyle uygulama ertelendi. Soğutma süreci mevcut prototipte fanlar ve hava akışıyla gerçekleştiriliyor.

CH570 işlemcilerinde çağdaş grafik işlemcilerinde bulunan özel gölgelendirici üniteleri, ışın izleme çekirdekleri, yüksek süratli grafik belleği yahut donanımsal vektör süreç üniteleri yer almıyor. Bu sebeple proje, NVIDIA ya da AMD tarafından geliştirilen ekran kartlarıyla birebir performans sınıfında bulunmuyor. Sistemin temelini, çok sayıda düşük maliyetli işlemcinin tıpkı vazifesi paralel olarak gerçekleştirmesi oluşturuyor.

Mevcut 8.192 işlemcili donanım ayağa kaldırıldı lakin sistemin grafik üretme yetenekleri, bağlantı suratı ve yazılım altyapısı şimdi detaylı olarak gösterilmedi. Balwierz, donanımın çalışma biçimini ve gerçekleştirebildiği hesaplama misyonlarını projenin sonraki evresinde paylaşacak. Tasarım belgelerinin da sistemin geliştirme süreci ilerledikten sonra yayımlanması planlanıyor.