20 万晶体管的奇迹：世界最小 GPU 的全新升级

在半导体行业的不断发展中，“最小 GPU” 迎来了重大更新。据内容编译自 tomshardware 的消息，业余 FPGA 设计师兼复古 PC 爱好者 Pongsagon Vichit 刚刚发布了 TinyGPU v2.0。这款 GPU 被描述为一个独立的处理器，具备进行光栅化、变换和光照处理的能力，类似于 GeForce 256。

Vichit（也就是 Xbox 上的 @MattDIYgraphics）表示，这款 GPU 已经提交给即将举行的 Tiny Tapeout 测试，它将在最大允许的 4x4 图块尺寸下，使用约 20 万个晶体管进行封装。与之形成鲜明对比的是，市场领先的 Nvidia RTX 5090 拥有 922 亿个晶体管，由于其晶体管数量更多，性能自然也呈指数级增长。

从相关图片中可以看到，这位科技爱好者从 Tiny GPU v 2.0 内置的闪存中加载各种 3D 模型，并使用老式超级任天堂游戏手柄实时操控它们。游戏手柄既可以用来变换模型，也可以用来旋转光源。尽管相比同一位设计师近一年前推出的 Tiny GPU 有了显著的提升，但它的性能参数并不会让人眼前一亮。

就性能而言，25 MHz 的 v2.0 版本帧率仅为 7.5 到 15 fps。而且，这仅适用于低多边形 3D 模型，渲染分辨率为 320 x 240 像素（或更低），且使用 4 位颜色（最多 16 种同时显示的颜色）。设计者表示，Tiny Tapeout 芯片的运行速度不会比基于 Basys3 FPGA 的演示程序更快。因此，TinyGPU v2.0 肯定不会被列入最佳游戏 GPU 的榜单。

虽然这种分辨率和色彩深度的图形效果可能更接近 20 世纪 80 年代早期的家用电脑，但其中却运用了一些更为先进的技术。具体来说，Vichit 解释说，TinyGPU v2.0 执行交互式 3D 矢量到光栅的转换，并且它使用了 GPU 变换和光照技术，这项技术最早于 1999 年 10 月随英伟达里程碑式的 GeForce 256 显卡进入消费市场。

TinyGPU v2.0 的其他技术亮点包括 “4 位双缓冲、QSPI RAM 上的 8 位深度缓冲区存储、最大 1K 个三角形、背面剔除、1 个动态方向光 [和] 平面着色”。

TinyGPU v2.0 已提交给 Tiny Tapeout 进行下一轮生产。其最大允许的 16 个 tile 设计将使 Vichit 的成本约为 1500 美元。您可以通过顶部链接的 GitHub 代码库了解更多信息、深入研究 Verilog 源文件并浏览其他资源。

早在 2024 年 4 月，就报道过另一款 Tiny GPU 的消息，这款 GPU 由 Adam Majmudar “从零开始设计，此前没有任何经验”。它已准备好通过 Tiny Tapeout 7 (TT7) 进行芯片首秀。

然而，Vichit 也带着他那被称为“最小GPU”的装置参加了 TT7 比赛。比较这位爱好者最初的和最新的“最小GPU”项目很有意思，但它们截然不同。第一代产品极其精简，最多只能支持两个多边形（远低于第二代的1000个）。由于其简洁性，这款 50MHz 的“最小GPU”能够以高达 60fps 的帧率实时渲染 640 x 480 像素、6 位色深的图像。屏幕上的渲染输出通过键盘光标控制进行操作。据介绍：

●这是最小的ASIC GPU。它可以使用两个三角形进行纹理映射来渲染四边形。

●该设计使用了大约 16,000 个门/单元和大约 200 字节的触发器，用于图形流水线所需的所有存储。这在 tinytapeout 芯片上达到了 16 格图块的最大容量。

●芯片自带两个纹理ROM镜像。（我学校的校徽）

●变换、光照和光栅化均在GPU中完成。

●它支持单方向光源的实体着色和仿射纹理映射。

●每帧都会将所有 3D 数据（顶点、变换、渲染模式）发送到 ASIC。

●输出信号通过 TinyVGA 发送到 VGA 显示器。输出分辨率为 640x480 像素，6 位 RGB 色彩模式，帧率为 60 fps。

●时钟频率为 50 MHz。