TinyGPU v2.0 đã vượt qua thử nghiệm trên chip silicon thực tế, có thể dựng mô hình 3D với tốc độ tối đa khoảng 15 FPS. Nhà phát triển đồng thời chuẩn bị thế hệ v3.0 với bộ đổ bóng điểm ảnh có thể lập trình, dự kiến nhận chip hoàn thiện vào cuối năm 2026 hoặc đầu năm 2027.

Nhà thiết kế phần cứng Pongsagon Vichit vừa xác nhận TinyGPU v2.0 đã hoạt động sau khi nhận chip từ chương trình Tiny Tapeout. Trước đó, dự án mới chỉ được kiểm tra trên bo mạch FPGA dùng để mô phỏng thiết kế trước khi sản xuất silicon.

Ông Pongsagon Vichit thông báo: “ASIC TinyGPU v2.0 đã sống và hoạt động.” Đoạn video thử nghiệm cho thấy chip có thể xử lý một mô hình ít đa giác, nhận lệnh điều khiển theo thời gian thực và dựng hình Trái Đất đang xoay với nhiều màu sắc.

TinyGPU v2.0 được giới thiệu là một GPU độc lập có kích thước rất nhỏ. Con chip chứa khoảng 240.000 transistor, thấp hơn rất nhiều so với hàng tỷ transistor trên các GPU thương mại hiện nay.

Mục tiêu của dự án không phải cạnh tranh về hiệu năng với Nvidia, AMD hay Intel. Đây chủ yếu là một thử nghiệm kỹ thuật, chứng minh những thành phần cơ bản của quy trình dựng hình 3D có thể được đưa vào một thiết kế silicon với quy mô hạn chế.

Theo tài liệu của dự án, TinyGPU v2.0 hỗ trợ biến đổi hình học, tính toán ánh sáng và rasterization. Chip có thể xử lý tối đa khoảng 1.000 tam giác xuất hiện đồng thời trên màn hình.

Các tính năng đồ họa gồm một nguồn sáng định hướng động, tô màu phẳng, loại bỏ mặt sau và ánh xạ kết cấu affine. Đây đều là những kỹ thuật tương đối cơ bản khi so với GPU hiện đại, nhưng đủ để tạo ra các cảnh 3D có chuyển động.

Thiết kế còn sử dụng bộ đệm kép 4-bit và bộ đệm độ sâu 8-bit. Dữ liệu được lưu trên bộ nhớ QSPI RAM bên ngoài thay vì tích hợp toàn bộ trực tiếp trong chip.

ASIC TinyGPU v2.0 is alive and working!!!
Huge thanks to the #TinyTapeout community for all the support.
Check out the fully open-source design here:https://t.co/ClhiKS89st
P.S. TinyGPU v3.0 is coming this December! Stay tuned.#OpenHardware #FPGA #ASIC pic.twitter.com/vgfg2ZehAu

— pongsagon vichit (@MattDIYgraphics) July 31, 2026

Hiệu năng đạt tối đa 15 FPS

TinyGPU v2.0 trước đây đã được thử trên bo mạch Basys3 FPGA với tốc độ khoảng 7,5-15 FPS. Nhà phát triển từng dự báo phiên bản silicon sẽ không chạy nhanh hơn đáng kể và kết quả thực tế dường như phù hợp với nhận định này.

Video mới không cho thấy chuyển động mượt hơn rõ rệt so với bản FPGA. Tuy nhiên, việc thiết kế hoạt động đúng sau khi được sản xuất thành chip vẫn là cột mốc quan trọng đối với một dự án phần cứng độc lập.

Sản xuất ASIC có mức độ rủi ro cao hơn chạy thiết kế trên FPGA. Một sai sót trong cấu trúc logic hoặc cách kết nối có thể khiến chip hoàn thiện không hoạt động, trong khi FPGA cho phép lập trình lại để sửa lỗi.

Tiny Tapeout giúp các cá nhân và nhóm nhỏ đưa thiết kế lên cùng một tấm wafer, qua đó chia sẻ chi phí sản xuất. Mô hình này tạo điều kiện để những dự án thử nghiệm như TinyGPU có thể trở thành chip thật mà không cần ngân sách ở quy mô doanh nghiệp bán dẫn.

TinyGPU v3.0 is coming with a programmable Pixel Shader!!
Tested on FPGA and submitted to the #TinyTapeout May shuttle (~290k transistors).
This Chameleon demo is a tribute to the #GeForce 3, the first programmable GPU released 25 years ago. https://t.co/GCy7tmGfUA pic.twitter.com/ijr0DGzuR9

— pongsagon vichit (@MattDIYgraphics) April 22, 2026

TinyGPU v3.0 bổ sung pixel shader

Ngay cả trước khi v2.0 được nhận và kiểm tra, Pongsagon Vichit đã gửi thiết kế TinyGPU v3.0 cho một đợt sản xuất tiếp theo của Tiny Tapeout.

Thay đổi quan trọng nhất là pixel shader có thể lập trình. Bộ phận này được lấy cảm hứng từ Pixel Shader 1.1 của DirectX 8, công nghệ từng xuất hiện trên các GPU dành cho máy tính cá nhân vào đầu những năm 2000.

Thiết kế dự kiến xử lý song song bốn điểm ảnh theo mô hình SIMD. Mỗi shader hỗ trợ tối đa 31 lệnh, sử dụng tập lệnh gồm 26 phép toán và có bốn thanh ghi tạm thời 8-bit.

Khả năng phân nhánh được thực hiện bằng cơ chế thực thi có mặt nạ. Đây là cách xử lý phù hợp với thiết kế nhỏ, giúp các điểm ảnh trong cùng nhóm có thể nhận những kết quả khác nhau mà không cần xây dựng hệ thống điều khiển quá phức tạp.

Pixel shader mới sẽ hoạt động song song với quá trình truy cập Z-buffer. TinyGPU v3.0 còn bổ sung loại bỏ vật thể ngoài mặt phẳng gần và xa, cùng guard band clipping để hạn chế xử lý những phần hình ảnh không cần thiết.

Những thay đổi này có thể giúp mô hình sử dụng kết cấu chi tiết hơn, hiệu ứng đa dạng hơn và hình ảnh chuyển động phong phú hơn. Nhà phát triển cho rằng chất lượng có thể tăng đáng kể mà không làm hiệu năng suy giảm quá nhiều.

Một bản thử nghiệm ban đầu sử dụng hình ảnh tắc kè hoa để nhắc đến Nvidia GeForce 3. Mẫu card phát hành vào tháng 2/2001 thường được xem là một trong những GPU tiêu dùng đầu tiên hỗ trợ shader có thể lập trình.

Chip TinyGPU v3.0 hoàn thiện dự kiến được giao vào tháng 12/2026 hoặc tháng 1/2027. Kết quả cuối cùng vẫn phụ thuộc vào việc thiết kế có hoạt động đúng trên silicon và đạt hiệu năng tương đương các bản mô phỏng hay không.

Với khoảng 240.000 transistor và hiệu năng tối đa 15 FPS, TinyGPU v2.0 không hướng đến ứng dụng chơi game thực tế. Giá trị của dự án nằm ở việc thu nhỏ một quy trình dựng hình 3D hoàn chỉnh, đồng thời tạo nền tảng để thử nghiệm các tính năng GPU có thể lập trình trên thế hệ tiếp theo.