Ecco a voi la GPU più piccola del mondo: solo 200.000 transistor

Nel panorama sempre più affollato dei progetti GPU sperimentali, l'hobbista tailandese Pongsagon Vichit torna a far parlare di sé con il TinyGPU v2.0, un processore grafico basato su FPGA che strizza l'occhio alla storica GeForce 256 di NVIDIA. Realizzato con appena 200.000 transistor distribuiti su una configurazione 4x4 tile – il massimo consentito dal programma Tiny Tapeout – questo progetto si pone agli antipodi delle moderne GPU consumer: basti pensare che l'RTX 5090 di NVIDIA integra ben 92,2 miliardi di transistor. Eppure, dietro le prestazioni volutamente limitate, si nasconde un esercizio di ingegneria che ricrea tecnologie cruciali degli albori del 3D accelerato hardware.

La scelta architetturale di Vichit, noto su X come @MattDIYgraphics, punta dritto al 1999: il TinyGPU v2.0 implementa infatti trasformazione e illuminazione hardware (T&L), quella stessa funzionalità che NVIDIA introdusse come killer feature sulla GeForce 256, battezzata all'epoca "la prima GPU al mondo". Nel video dimostrativo pubblicato su GitHub, il designer manipola modelli 3D caricati da memoria flash utilizzando un controller Super Nintendo originale, gestendo rotazioni del modello e movimenti della sorgente luminosa direzionale in tempo reale. Un setup che evoca nostalgia per i veterani del retrogaming, ma con un'anima tecnicamente moderna.

Le specifiche tecniche raccontano di un dispositivo fortemente limitato ma funzionale: il chip opera a 25 MHz su una FPGA Basys3, erogando tra 7,5 e 15 fps a seconda della complessità della scena. La risoluzione massima supportata è 320x240 pixel con profondità colore di 4 bit, quindi un massimo di 16 colori simultanei – parametri tipici dei computer domestici dei primi anni '80, seppur resi con tecniche di rendering tridimensionale decisamente più evolute. Il motore di rasterizzazione gestisce fino a 1.000 triangoli, un ordine di grandezza superiore rispetto al predecessore "Tiniest GPU" dello stesso autore, che si fermava a soli due poligoni.

L'architettura integra soluzioni interessanti per ottimizzare l'utilizzo dei transistor: backface culling per scartare automaticamente i poligoni non visibili, double buffering a 4 bit e depth buffer a 8 bit memorizzati su RAM QSPI esterna. Il flat shading, tecnica di illuminazione che applica un unico colore per faccia, mantiene basso il carico computazionale pur garantendo un'illuminazione dinamica direzionale. Vichit ha confermato che la versione su silicio, prevista per il prossimo shuttle di produzione Tiny Tapeout, non supererà in clock la demo attuale su FPGA.

Confrontando il TinyGPU v2.0 con il precedente "Tiniest GPU" – presentato nell'ambito del Tiny Tapeout 7 nell'aprile 2024 – emergono compromessi progettuali opposti. La prima iterazione, operando a 50 MHz, raggiungeva i 60 fps a risoluzione 640x480 pixel con 6 bit di profondità colore, sacrificando però drasticamente la complessità geometrica. La nuova versione inverte le priorità: clock dimezzato e framerate ridotto, ma capacità di gestire scene con centinaia di triangoli e calcoli di illuminazione dinamica hardware.

Vale la pena distinguere questo progetto da un altro "Tiny GPU" apparso sempre su Tiny Tapeout 7: quello di Adam Majmudar, sviluppatore che ha realizzato il suo processore grafico "from scratch" senza esperienza pregressa nel settore. L'omonimia genera facilmente confusione nella community dei maker, ma i due design perseguono obiettivi differenti in termini di feature set e filosofia implementativa. Il repository GitHub di Vichit contiene i sorgenti Verilog completi e la documentazione tecnica per chi volesse approfondire l'architettura o replicare il progetto su altre piattaforme FPGA.

Naturalmente, nessuno si aspetta che il TinyGPU v2.0 possa competere con le soluzioni commerciali moderne, nemmeno con le GPU integrate più modeste. Il suo valore risiede piuttosto nell'aspetto didattico e nella dimostrazione che tecnologie ritenute avanzate un quarto di secolo fa possono essere ricreate con una frazione infinitesimale delle risorse moderne. Per gli appassionati di architetture hardware e retro-computing, progetti come questo offrono uno sguardo tangibile sull'evoluzione del rendering 3D, ricreando in formato miniaturizzato milestone tecnologiche che hanno plasmato l'industria videoludica e grafica contemporanea.