FuryGpu – Maßgeschneiderte PCIe-FPGA-Grafikverarbeitungseinheit

FuryGpu: Ein von Grund auf vollständig maßgeschneiderter GPU für moderne Computer

• FuryGpu ist ein echter Hardware-GPU, der auf einem Xilinx Zynq UltraScale+ FPGA implementiert ist.
• Er ist auf einer maßgeschneiderten PCB aufgebaut und über PCIe mit dem Host-Computer verbunden.
• Er unterstützt Hardware-Funktionen auf dem Niveau fortschrittlicher Grafikkarten aus der Mitte der 1990er Jahre und verfügt über einen vollständigen modernen Windows-Software-Treiber-Stack.
• Er kann Spiele aus dieser Zeit mit Bildraten in Echtzeit oder darüber rendern.
• Ein Blog und weitere Details sollen bald veröffentlicht werden.

Meinung von GN⁺

• FuryGpu ist ein FPGA-basierter GPU und hat das Potenzial, klassische Spiele auf modernen Computern mit hoher Leistung auszuführen. Das könnte in der Retro-Gaming-Community großes Interesse wecken.
• Ein FPGA-basierter GPU kann in Forschungs- und Entwicklungsbereichen nützlich sein, die maßgeschneiderte Hardware-Lösungen benötigen, und eine für bestimmte Anwendungen optimierte Verarbeitung bieten.
• Der Markt bietet bereits verschiedene GPUs für unterschiedliche Anforderungen an die Grafikverarbeitung, doch ein GPU auf FPGA-Basis dürfte vor allem für Spezialzwecke oder im Bildungsumfeld interessant sein.
• Bei der Einführung dieser Technologie sollten die Komplexität der FPGA-Programmierung und die Kosten berücksichtigt werden; die Entwicklung maßgeschneiderter Hardware kann viel Zeit und Ressourcen erfordern.
• Welche Leistung FuryGpu tatsächlich zeigen wird und wie sich die Lösung auf moderne Spieleunterstützung oder andere anspruchsvolle Grafikaufgaben anwenden lässt, ist noch offen.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Projektvorstellung und Open-Source-Pläne

  • Das Projekt wurde zwar bereits veröffentlicht, aber es bestand der Wunsch, noch zu warten, bis auf der Website mehr Inhalte verfügbar sind.
  • Geplant ist, PCB-Schaltpläne/-Layouts, HDL, einen Windows-WDDM-Treiber, einen API-Runtime-Treiber sowie einen Quake-Port, der die API nutzt, als Open Source bereitzustellen, doch dafür müssen noch rechtliche Fragen und Lizenzentscheidungen geklärt werden.
  • Der erste Commit erfolgte am 22. August 2021, und es wurde mehr als zweieinhalb Jahre daran gearbeitet.
  • In der YouTube-Playlist zu FuryGpu gibt es Videos, die den Fortschritt zeigen.
  • Ein Blogpost über die PCIe-Schnittstelle ist in Vorbereitung und soll in mehreren Teilen von den PCB-Schaltplänen über das FPGA-Design bis hin zum Windows-Treiber reichen.

• Einfluss von Ben Eaters Breadboard-Computer-Serie

  • Ben Eaters Breadboard-Computer-Serie hatte einen enormen Einfluss auf den Hobby-Elektronikbereich.
  • Sie inspirierte dazu, eine eigene „Retro“-CPU zu entwerfen.
  • Gewünscht war etwas, das sich wie ein 6502 leicht anbinden lässt, aber etwas mehr Funktionen bietet, etwa zusätzliche Register oder Hardware-Division.
  • Dabei besteht oft die Tendenz, wieder auf die Nutzung eines MCU hinauszulaufen, doch man stößt dann auf das Problem der Grafikerzeugung.

• Hobbycharakter des Projekts und funktionsfähiger Full Stack

  • Das Projekt begann als Hobby, und es ist geplant, mehr darüber zu schreiben, wie es aufgebaut wurde.
  • Der gesamte Stack funktioniert, einschließlich eines Windows-Treibers, der eine benutzerdefinierte Grafik-API implementiert, sowie Quake, das darauf läuft.
  • Es gibt keine Unterstützung für DX/GL, aber die Gründe für die Entscheidung zugunsten eines benutzerdefinierten API-Pfads sind nachvollziehbar.
  • Es wird gefragt, ob das Design als Open Source veröffentlicht werden soll.

• Bedarf an einer GPU im M.2-Format

  • Es besteht Bedarf an einer kompakten, eigenständigen GPU-Option.
  • Gewünscht ist eine eigenständige M.2-GPU mit einer Leistung auf dem Niveau von Intel UHD Graphics, AMD Radeon oder Qualcomms Adreno.
  • Es gibt Ideen für kleine Embedded-Produkte, die viel Compute und Networking benötigen, aber nur geringe Grafikfähigkeiten.
  • Der NXP Layerscape LX2160A wäre perfekt, kann aber nicht genutzt werden, weil ihm eine integrierte GPU fehlt.

• Fehlende Open-Hardware-GPUs und Lizenzierung

  • Es gibt kaum Open-Hardware-GPUs.
  • Zwar gibt es keine Informationen zur Lizenz dieses Projekts, aber es könnte die erste Open-Hardware-GPU werden und als Ausgangspunkt für weitere Projekte dienen.

• Entwicklung einer 2D-zentrierten GPU und Überlegungen zum Einsatz von FPGA

  • Es wird an einer 2D-zentrierten GPU für Mikrocontroller gearbeitet.
  • Sie wird zum Rendern auf großen Displays an SPI-Maschinen verwendet.
  • Beim Blick auf die Grenzen von Prozessor-Pipelines entsteht der Eindruck, dass ein FPGA schneller sein könnte.
  • Zum Lernen wurde ein leistungsschwaches FPGA gekauft, und es ist geplant, die ESP32-basierte microgpu auf eine FPGA-Version umzustellen.
  • Wegen Einschränkungen durch Zeitmangel und Kinder ist unklar, ob dieses Niveau erreichbar ist, aber zumindest ein Teil davon soll erreicht werden.

• Das Vortex-Projekt und die Zukunft des GPU-Designs

  • Das Vortex-Projekt des Georgia Institute of Technology fällt besonders auf.
  • Es handelt sich um einen sehr stark parallelisierten, auf RISC-V basierenden Computer mit Erweiterungen, die GPU-Aufgaben besser bewältigen sollen, statt nur die Vergangenheit fester Funktionseinheiten zu wiederholen.
  • Die lauffähigen Boards kosten einige tausend Dollar und sind damit nicht besonders hobbyfreundlich, aber dennoch zugänglicher als geschlossene und proprietäre Entwicklungen.
  • Vor einigen Monaten wurde Release 2.0 veröffentlicht.

• Wunsch nach Fotos des physischen Geräts und Verwirrung um das FPGA-Modul

  • Es besteht der Wunsch, Fotos des physischen Geräts zu sehen.
  • Es herrscht Verwirrung über das verwendete FPGA-Modul.
  • Im Blog werden Xilinx Kria SoMs erwähnt, aber wenn man deren Spezifikationen verfolgt, zeigt sich, dass sie ARM-SoCs enthalten.
  • Da keine Vertrautheit mit der FPGA-Welt besteht, könnte etwas übersehen worden sein.

• Erwartungen an die Implementierung der PCIe-Schnittstelle

  • Es besteht Interesse an Details dazu, wie der Autor die PCIe-Schnittstelle implementiert hat.
  • Auch wenn es unwahrscheinlich ist, selbst Hardware-Arbeit auf diesem Niveau zu leisten, lohnt sich ein Blick ins Innere von PCIe für das allgemeine kulturelle Verständnis.

• Potenzial zur Weiterentwicklung zu einem Open-Source-Hardware-Projekt

  • Das Projekt ist sehr beeindruckend, und es besteht der Wunsch, dass daraus ein Open-Source-Hardware-Projekt wird.