从零开始制作一个属于你自己的GPU | 基于FPGA的图形加速器实现原理

在很多年以前,当我还是一个小毛孩时,电子游戏就已经深深吸引着我,当然在那个时代,这并不算什么特别光荣的事情,因为当时的电子游戏又被称作电子海洛因，有无数的学生因为沉迷于此，因此当他们的考试成绩下降时，游戏无疑成了最好的背锅侠，久而久之就成为了长辈们最痛恨的东西。 不幸的是我就属于家长和老师们口中的坏学生，“电子游戏”实在太令我着迷了，我几乎想尽了一切办法，挤出一点时间偷偷溜出去，好在游戏厅里大快朵颐。 随着时代发展，从电子游戏厅到PC流行起来后的电脑主机游戏，可以说非常幸运，我的游戏生涯的起点，就是游戏作品的辉煌时期，很多的经典游戏像是《合金弹头》《星际争霸》《英雄无敌》《仙剑奇侠传》《大富翁》《流星蝴蝶剑》等等等等，制作精良，玩法新颖，构思巧妙，很多的剧情及背景设定，不亚于一部史诗级小说巨作，每一部作品都足矣令人沉醉其中，即使放在今天，仍然是游戏中的巅峰之作。当我玩过了大多数这些无比优秀的作品后，有的不仅是游戏体验带给我的乐趣，更有对游戏制作者带有无比敬仰的崇拜，从那时开始，自己制作游戏就成为了我人生的梦想之一。 于是在接下来的二十载，我学习涉猎了游戏引擎，图形学，声学，数字信号处理等等多个跨领域学科，在今天，我终于有能力干了一个很久以前我就想干的一件事-----自己动手实现一个RTL级的图形加速器,当然它有一个大家都非常熟悉的名字，就是显卡（也许叫显片更合适），或者叫GPU(Graphics Processing Unit)。 这也是我写下这篇文章的最终目的，比较有意思的是，你可以在互联网上找到非常多的“30天教你自制CPU”的书籍或教程视频，但你很难找到教你制作GPU的文章，商业GPU是一个无比庞大的工程，它需要多个领域的顶尖科研人员多年的努力，但是我们并不需要做的那么复杂，它甚至比实现一个CPU还要简单的多，因此正是基于这样一个简单的目的，我将使用verilog基于FPGA设计一款能够加速我们图形渲染速度的IP核，那么它就是一个名副其实的GPU，尽管这个实现仍