全球最小GPU芯片TinyGPU v2.0通過實機測試，24萬晶體管實現15幀3D渲染

"ASIC TinyGPU v2.0已經成功運行！！！"近日，開發者蓬薩貢·維奇特（Pongsagon Vichit）在社交平臺X上激動發文。這款由開源硬件社區Tiny Tapeout協助流片的微型GPU芯片，正式通過了流片后的實機功能測試，成為全球最小的ASIC GPU之一。

TinyGPU v2.0屬于Tiny Tapeout SKY 25b流片項目，內部集成約24萬個晶體管，采用了4位雙緩沖以及存儲在QSPI RAM（四線串行外設接口隨機存取存儲器）中的8位深度緩沖。

盡管規模極小，這顆芯片卻完整支持多項核心圖形技術：能夠完成坐標變換、光照計算和光柵化，屏幕最多可同時渲染1000個三角形；支持單組動態平行光源、平面著色、背面剔除以及仿射紋理映射。

在配合Basys3 FPGA開發板的測試演示中，TinyGPU v2.0以25MHz主頻運行，實測3D圖形渲染幀率達到7.5至15 FPS，渲染分辨率為320×240像素（或更低），采用4位色深（最多同時顯示16種顏色）。這樣的分辨率和色深水平，更像是20世紀80年代早期家用電腦的水準，但背后蘊含的技術原理卻相當先進。

游戲手柄操控低多邊形模型

維奇特在X平臺上發布了多個實機演示視頻。首次演示中，通過復古的超級任天堂手柄實時操控低多邊形模型，畫面中的機器人模型可以隨手柄操作進行變換。第二次演示展示了一個彩色地球模型，支持縮放與旋轉。此外，還有以變色龍為主題的演示畫面，模型可以呈現豐富的色彩變化。

維奇特此前曾表示，Tiny Tapeout流片后的芯片運行速度不會比FPGA演示版更快，畫面流暢度也沒有提升。實測性能與此前FPGA模擬版本基本一致，沒有出現運行邏輯上的偏差，驗證了設計的正確性。

技術溯源

維奇特解釋稱，TinyGPU v2.0能夠實現交互式3D矢量到光柵的轉換，并采用了變換與光照技術。這項技術最早于1999年10月隨英偉達里程碑式產品GeForce 256進入消費級市場，標志著GPU從單純的光柵化處理器向完整的3D圖形處理單元的轉變。

在芯片設計層面，TinyGPU v2.0的規格包括：支持SIMD（單指令多數據）并行處理4個像素；每個著色器包含31條指令；指令集包含26種操作；通過掩碼執行實現分支；配備4個8位臨時寄存器。

需要明確的是，TinyGPU并非為了與現代主流顯卡競爭。其設計目標是驗證微型ASIC架構在極低功耗和極小面積下的圖形計算能力，探索在資源受限環境中實現基礎3D圖形輸出的可能性。

v3.0已提交流片，致敬GeForce 3

在v2.0芯片完成測試之前，維奇特已經迫不及待地推進下一代產品。TinyGPU v3.0已提交至Tiny Tapeout的下一輪流片項目，預計2026年12月至2027年1月交付成品。

v3.0的核心升級是引入可編程像素著色器，設計思路參考DirectX 8 PS 1.1（DirectX 8像素著色器1.1）標準。具體規格包括：單指令多數據流架構，可并行處理4個像素；單著色器最高支持31條指令（可微調）；指令集共26條操作指令；支持掩碼分支執行；4組8位臨時寄存器。全新像素著色器可與深度緩存同步讀寫，搭配遠近平面剔除、保護帶裁剪技術，畫面畫質將大幅提升。

維奇特在多條社交動態中公布了v3.0早期演示畫面，以變色龍為主題，致敬英偉達GeForce 3。這款顯卡被公認為面向普通消費者的首款可編程著色GPU，于2001年2月發布，距今已有25年，是PC圖形發展史上的里程碑產品。維奇特打趣道："但我們都清楚，顯卡行業競爭激烈，必須快速迭代推出新品。"

開源硬件的"芯片民主化"運動

TinyGPU項目的背后，是開源硬件社區Tiny Tapeout推動的"芯片民主化"運動。Tiny Tapeout通過聚合大量小型設計項目，以共享掩膜成本的方式降低流片門檻，讓個人開發者和小型團隊也能以極低成本實現ASIC芯片的流片驗證。

維奇特在推文中特別感謝了Tiny Tapeout社區的大力支持，并公布了完全開源的設計代碼鏈接。

這種開源硬件模式，正在讓芯片設計從大型企業的專屬領域，逐步走向更廣泛的開發者社區。

從v2.0的固定功能管線到v3.0的可編程著色器，TinyGPU的演進路徑與25年前PC圖形硬件的發展歷程形成了有趣的呼應——從GeForce 256的硬件T&L到GeForce 3的可編程頂點著色器，歷史似乎在微型芯片上重演。