YouTuber tự chế “GPU” tại gia từ 8.192 chip RISC-V, đã lên kế hoạch nâng lên 32.000 vi điều khiển

Trong bối cảnh card đồ họa ngày càng đắt đỏ, một YouTuber chuyên về kỹ thuật điện và phát triển phần mềm có tên bitluni đã chọn cách cực đoan hơn nhiều: tự xây một hệ thống xử lý đồ họa kiểu “homebrew” ngay tại nhà. Kết quả là một cụm phần cứng gồm 8.192 chip RISC-V — kiến trúc tập lệnh mở, nổi tiếng vì cho phép nhà phát triển tùy biến linh hoạt mà không phụ thuộc vào các nền tảng độc quyền. Dự án kéo dài suốt 6 tháng, đi kèm hàng loạt lỗi thiết kế, chậm trễ sản xuất và không ít lần khiến tác giả thừa nhận gần như mất hết sự tỉnh táo.

Thiết bị của bitluni không phải GPU theo nghĩa quen thuộc như sản phẩm của Nvidia hay AMD, mà là một “cluster” — tức cụm nhiều bộ xử lý nhỏ hoạt động song song — được ghép từ 8.192 vi điều khiển CH570 giá chỉ khoảng 0,13 USD mỗi chip. Vi điều khiển, hay MCU (microcontroller unit), là loại chip tích hợp bộ xử lý, bộ nhớ và các mạch điều khiển cơ bản trong một linh kiện nhỏ gọn, thường dùng cho thiết bị nhúng. Mỗi CH570 chạy ở xung nhịp 100 MHz và chỉ có 12 KB SRAM, tức bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tốc độ cao dùng để lưu dữ liệu tạm thời khi xử lý. Toàn bộ hệ thống còn được điều phối bởi 256 lõi lớn hơn có FPU, tức bộ xử lý dấu chấm động, chuyên tăng tốc các phép toán số thực phức tạp.

Để kết nối hàng nghìn chip, bitluni phải tự thiết kế các bảng mạch PCB (printed circuit board, tức bo mạch in dùng để gắn và nối linh kiện điện tử). Thiết kế ban đầu sử dụng PCB 6 lớp với cấu trúc 32 hàng x 32 chip trên mỗi “blade” — có thể hiểu như một mô-đun phần cứng dạng phiến để ghép thành cụm lớn hơn. Tuy nhiên, độ phức tạp của bản thiết kế cao đến mức website của nhà sản xuất PCB thậm chí không xử lý nổi đơn hàng. Giải pháp cuối cùng là chia mỗi blade thành hai phần riêng biệt. Điều này cũng khiến phiên bản hiện tại chưa phải mục tiêu cuối cùng: bitluni cho biết bản kế tiếp sẽ tăng vọt lên 32.000 MCU, và anh đã có sẵn linh kiện để bắt đầu.

Con đường hoàn thiện hệ thống không hề suôn sẻ. Ở lô blade thử nghiệm đầu tiên, nhiều MCU hoạt động chập chờn hoặc không chạy, buộc bitluni phải thiết kế lại hoàn toàn và dời các đường mạch để tránh nhiễu điện từ — hiện tượng tín hiệu giữa các đường dẫn trên PCB ảnh hưởng lẫn nhau, đặc biệt dễ xảy ra ở mật độ linh kiện cao. Sau nhiều tuần chờ bản thay thế, anh lại gặp lỗi mới: tầng level 0 không thể giao tiếp với level 1 vì hai đường MOSI và MISO bị đấu ngược. Đây là hai đường dữ liệu quen thuộc trong giao tiếp SPI, một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao giữa các chip; MOSI là dữ liệu từ bộ điều khiển gửi ra thiết bị, còn MISO là dữ liệu trả về. Khi đảo nhầm, tín hiệu đầu vào và đầu ra bị tráo đổi, khiến hệ thống không thể liên lạc đúng cách. Với vài bo mạch mẫu, bitluni phải tự vá lỗi thủ công, trong khi các bản còn lại được sửa trực tiếp từ khâu sản xuất.

Sau tất cả, hệ thống cuối cùng đã hoạt động, bao gồm cả các đèn LED RGB được gắn riêng cho từng MCU và có thể lập trình độc lập. Theo bitluni, cụm này hiện mới đạt mức hiển thị tương đương QVGA — một chuẩn độ phân giải thấp cỡ 320 x 200 hoặc gần tương tự, thường được xem là rất khiêm tốn so với màn hình hiện đại. Dù vậy, giá trị của dự án không nằm ở hiệu năng thực dụng, mà ở việc chứng minh một kiến trúc xử lý đồ họa tự chế có thể vận hành từ hàng nghìn vi điều khiển giá rẻ. Đây là một màn thử sức hiếm có giữa thiết kế phần cứng, lập trình hệ thống song song và sản xuất điện tử ở quy mô mà ít dự án DIY nào dám chạm tới.

bitluni cho biết video tiếp theo sẽ tiết lộ rõ hơn khả năng thực tế của phiên bản đầu tiên, đồng thời anh cũng dự định phát hành toàn bộ tệp thiết kế để bất kỳ ai đủ kiên nhẫn — hoặc đủ liều — có thể thử tái tạo dự án. Nếu kế hoạch 32.000 MCU thành hiện thực, đây có thể trở thành một trong những thí nghiệm phần cứng DIY tham vọng nhất từng xuất hiện trên YouTube, đồng thời cho thấy sức hút ngày càng lớn của hệ sinh thái RISC-V và phong trào tự phát triển phần cứng mở.