Durante mucho tiempo hemos dado por hecho que diseñar y construir una unidad de procesamiento gráfico era un terreno exclusivo de grandes empresas: hacían falta fábricas de vanguardia, equipos enteros de ingenieros y presupuestos de miles de millones de dólares. No era una idea sin fundamento, pues basta observar la complejidad de cualquier tarjeta gráfica moderna para comprender por qué parecía algo totalmente fuera del alcance de una sola persona. Pero lo que está desarrollando Matthias Balwierz, conocido en la comunidad tecnológica como Bitluni, cambia por completo esa percepción: no ha creado una alternativa a las tarjetas de NVIDIA ni pretende competir con las grandes marcas, pero sí está construyendo desde su propio taller una máquina gráfica basada en miles de microcontroladores con arquitectura RISC-V. En su primera fase, el proyecto cuenta ya con 8.192 de estos pequeños procesadores, cada uno conectado directamente a un diodo LED RGB, una elección que rompe con las clasificaciones habituales al integrar en un mismo conjunto el sistema que procesa la imagen y la propia superficie donde esta se muestra, actuando a la vez como tarjeta gráfica y pantalla sin necesidad de un monitor externo, aunque por el momento se trata solo de un prototipo parcial que aún está lejos de alcanzar la escala y las capacidades finales previstas.
Lo curioso es que esta arquitectura no surgió como un plan inicial, sino que fue evolucionando conforme avanzaba el trabajo. Bitluni comenzó con la intención de construir una pantalla de gran formato, pero al analizar los costes y la complejidad descartó el uso de módulos LED direccionables estándar, ya que habrían elevado el precio del proyecto a niveles inasumibles. La solución que encontró fue mucho más directa y ambiciosa a la vez: soldar un diodo LED a cada microcontrolador, de modo que cada chip se convierte en un píxel con capacidad propia de procesamiento. Esta decisión permitió controlar el presupuesto de componentes, pero aumentó de forma exponencial el trabajo necesario para diseñar, montar y sobre todo coordinar el funcionamiento de miles de unidades independientes.
Para entender la magnitud real del proyecto hay que mirar su objetivo final: una resolución de alta definición como la habitual hoy en día, de 1920 por 1080 píxeles, habría requerido más de dos millones de microcontroladores, lo que haría imposible llevarlo adelante por coste y complejidad. Por eso el creador estableció como meta una resolución de 320 por 200 píxeles, un formato que recuerda a los primeros ordenadores y videojuegos de los años ochenta y noventa, pero que aún así exige nada menos que 64.000 chips en total. Los 8.192 que tiene montados hasta ahora suponen apenas una octava parte del conjunto completo, por lo que el sistema casi multiplicará su tamaño actual cuando llegue a terminarse.
Para organizar una cantidad tan grande de hardware, Bitluni ha dividido todo el sistema en módulos independientes: cada uno es una placa con una matriz de 16 por 32 píxeles, que luego se unen entre sí en una disposición circular que recuerda visualmente al superordenador Cray-1, uno de los equipos más icónicos de la década de 1970. El funcionamiento interno también está organizado por niveles: cada grupo de 32 microcontroladores depende de un procesador intermedio más potente, que se encarga de coordinar su trabajo y transmitir las instrucciones que llegan desde el conjunto de la máquina.
Los microcontroladores elegidos son los modelos QingKe CH570, que cuentan con una arquitectura RISC-V de 32 bits, funcionan a una frecuencia de hasta 100 MHz e incluyen además conectividad USB, radio de 2,4 GHz y Bluetooth de bajo consumo. Su mayor ventaja ha sido su precio: cada unidad cuesta alrededor de 0,13 dólares, una cifra muy baja que sin embargo alcanza los más de 8.000 dólares solo en concepto de chips cuando se multiplica por los 64.000 que necesita el proyecto completo.
Los retos económicos y técnicos no terminan con la compra de los componentes, pues la alimentación eléctrica supone otra dificultad enorme. Se calcula que cuando la máquina esté terminada consumirá unos 2.161 vatios, lo que equivale a cerca de 655 amperios a la tensión de trabajo de 3,3 voltios que utilizan los microcontroladores. Cada uno de estos pequeños procesadores consume aproximadamente 10 miliamperios, sin contar el gasto de los propios diodos LED y el resto de circuitos auxiliares. Para poder suministrar esa energía sin fallos, Bitluni ha recurrido a una fuente de alimentación industrial de gran capacidad y ha diseñado sus propios convertidores para adaptar la tensión de salida a la que requiere cada parte del sistema.
Gran parte del trabajo realizado hasta ahora no se ve a simple vista, ya que ha consistido en crear toda la infraestructura necesaria para que el conjunto pueda funcionar. Ha diseñado desde cero todas las placas de circuito impreso, los sistemas de distribución de energía, las placas de conexión y las unidades de prueba, llegando incluso a trabajar por primera vez con placas de seis capas, una complejidad que puso al límite las capacidades de la empresa encargada de fabricarlas. También analizó la posibilidad de utilizar refrigeración por inmersión, llegando a calcular las dimensiones y materiales que necesitaría el depósito, pero finalmente decidió dejar esa opción aparte por su alto coste y el impacto medioambiental que habría supuesto.
