Majsterkowanie to piękna pasja, a twórca z kanału ELEKTRON chętnie dzieli się nią z innymi. I to nie tylko za pośrednictwem YouTube, ale założył własne koło naukowe. I to właśnie jego uczniowie nakierowali go na to, żeby zbudował dość abstrakcyjną konstrukcję, jaką jest karta graficzna z anteny. Oczywiście nie do gier, nie ma mowy, żeby Doom na tym ruszył – przynajmniej na razie.
Spis treści
Karta graficzna z anteny
Oczywiście to nie tak, że ELEKTRON wziął kawałek drutu, czy talerz satelitarny, podłączył do komputera i uzyskał grafikę. Wykorzystał on jednak elektronikę zawartą w antenie radiolinii.
Karta graficzna z anteny radiolinii: ale co to takiego jest?
No dobrze, ale czym tak w ogóle jest ta cała radiolinia? Otóż to bardzo proste: jest to system umożliwiający dwustronną komunikację za pomocą fal radiowych. Sygnał może być w nim zarówno analogowy, jak i cyfrowy, a przesyłać za jej pomocą można zarówno dźwięk, obraz, jak i dane – tak jak przez Internet.
Transfery w przypadku radiolinii są dość słuszne i mowa jest nawet o kilka gigabajtach na sekundę – oczywiście na niskich dystansach. Dlaczego więc nie korzystamy z radiolinii w naszych smartfonach? No cóż, jest kilka powodów. Najważniejszym jest jednak to, że radiolinia to standard działający w topologii punkt-punkt, więc pomiędzy urządzeniem nadawczym, a odbiorczym nie ma żadnych pośredników. Natomiast w sieci komórkowej pośredniczą stacje bazowe.
Kolejnym problemem jest fakt, że radiolinia do poprawnego działania wymaga widoczności optycznej między antenami. Same anteny zaś zwykle są kierunkowe – chociaż bywają od tej zasady wyjątki. Warto tu dodać, że tak zwany internet radiowy również działa na tej samej zasadzie. Można by go więc nazwać radiolinią, gdyby nie fakt, że ta jest pośrednikiem między dostępem do sieci, a komputerem użytkownika. Dlatego też mimo, że technologicznie jest tym samym, tak nie spełnia wszystkich warunków definicji.
Karta graficzna z anteny dzięki FPGA
No dobrze, skoro już wiemy czym jest radiolinia, to w jaki sposób układy zaprojektowane do transmisji danych mogły zostać wykorzystane do przetwarzania grafiki? Czyżby były bardzo podobne i wykonywały zbliżone operacje? Otóż nic z tych rzeczy. Sęk w tym, że układy z tej konkretnej radiolinii… nie zostały zaprojektowane z myślą o radiolinii. Mogą jednak pełnić taką funkcję, ponieważ są układami FPGA. Tutaj znów musimy się zatrzymać i wyjaśnić sobie jedną ważną rzecz:
Karta graficzna z anteny: Czym jest FPGA?
FPGA, czyli Field-Programmable Gate Array, to programowalne macierze bramek logicznych. I jeśli nic z tego nie zrozumiałeś, to spokojnie, zaraz wszystko Ci wytłumaczę. Najpierw jednak musimy przebrnąć przez inne zagadnienie: otóż to, czym są te całe bramki logiczne.
Otóż są to podstawowe elementy elektroniki cyfrowej, które wykonują operacje na jednym lub więcej sygnałach wejściowych, aby wyprodukować pojedynczy sygnał wyjściowy. Zależnie od typu składają się one z jednego, lub większej ilości tranzystorów. Procesory to tak naprawdę wielka plątanina połączonych ze sobą bramek logicznych.
Bramki logiczne działają na zasadzie manipulowania prądem elektrycznym w odpowiedzi na sygnały wejściowe, aby uzyskać pożądany sygnał wyjściowy. Zależnie od typu bramki może ona mnożyć, negować, dodawać sygnały cyfrowe, oraz wykonywać inne, podstawowe operacje. Oczywiście mowa jest o zakresie liczb od 0 do 1.
Wszystkie procesory i bardziej złożone układy elektroniczne zamknięte w charakterystycznych czarnych kostkach z masą nóżek dookoła (które też są tak naprawdę procesorami) są zbudowane z uszeregowanych bramek logicznych, które mają konkretną budowę i funkcjonalność.
Czym jest więc to całe FPGA? Otóż są to bramki logiczne, które można dowolnie programować dzięki czemu można uzyskać zupełnie inną konfigurację bramek logicznych i tak naprawdę sprawić, że dany procesor zyska zupełnie inne właściwości. Tak naprawdę pozwala to na stworzenie zupełnie nowego procesora od nowa, co jest użyteczne podczas prototypowanie układu, lub odtworzenie konkretnego układu – na przykład można za pomocą FPGA odtworzyć kultowego Intel 8086, który będzie działał dokładnie tak, jak oryginał.
Jak programuje się FPGA?
Warto jednak dodać, że słowo programowanie nie do końca oddaje to, co robi się z FPGA. Programowanie to bowiem pisanie kodu, który jest interpretowany przez procesor, a tutaj mamy modyfikowanie samego procesora wedle opisu. Dlatego też o wiele lepszym określeniem jest konfiguracja. Ten opis definiuje, jak bramki logiczne i inne elementy FPGA mają być połączone i współdziałać ze sobą.
Projekty FPGA są opisywane za pomocą specjalnych języków opisu sprzętu, w których jest bardzo mało kodu, za to dużo układania bramek, niczym klocków. Warto także zaznaczyć, że FPGA teoretycznie można rekonfigurować nieskończoną ilość razy, co oznacza, że można je dostosowywać do różnych zastosowań w zależności od potrzeb. Nie jest więc tak, że raz zaprogramowany układ FPGA już na zawsze musi mieć przypisaną funkcję.
Karta graficzna z anteny – obejrzyj film
I właśnie tę właściwość wykorzystał ELEKTRON, który wykorzystując układ z radiolinii tak go zmodyfikował, że po bardzo mozolnej pracy udało mu się zbudować coś, co można określić jako bardzo prosta, wręcz prymitywna karta graficzna z anteny. Poniżej natomiast możesz zobaczyć jak cały ten proces przebiegał.
Źródło: YouTube, Intersell, AMD, Techtarget