CPU GPU都自制

梦晨 衡宇 萧箫 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

自从有人在《我的世界》里用红石电路造出CPU，就流传着一个梗：

总有一天，这帮红石佬能在我的世界里玩上我的世界。

这一天，真的来了！

先来看这台“在无MOD纯原版我的世界里搭建的电脑”（简称“我的电脑”）。

拥有1Hz频率的CPU、8KB内存、6KB显存的显卡、加速模块，96×96像素显示器，以及一只PS4手柄作为输入设备。

它运行起来是这样的：

电脑有了，还缺的就是能跑在上面的游戏代码。

大佬们先用一种叫URCL的中间语言手敲，再转换成自制CPU能运行的汇编码搞定。

就这样，3个人肝了10个多月，终于实现史诗级套娃。

这个移植版《我的世界》，不但拥有游戏的基本玩法如开放世界、方块摆放，采矿，甚至连物品合成都有。

作者之一sammyuri把最终成果浓缩成一条3分钟的视频，已经收获近百万播放量和10万多赞。

一条高赞评论将其誉为“整个电子游戏史上最伟大的壮举”，只有足够复杂的游戏和足够精通的玩家才能达成。

也有人表示“我失望于自己无法完全理解和欣赏这个作品，到底难度有多高，以及需要的工作量有多少。”

要理解这一切，还要从17个月前sammyuri造出的那块CPU说起。

CPU显卡都自制

狂肝7个月，sammyuri在《我的世界》中生造出一块CPU，初衷是为探索红石电路的极限。

最终成果是一台8位处理器，采用三个寄存器操作数的RISC架构，可以1Hz频率运行，拥有256字节RAM。

取名CHUNGUS 2，意为“计算用超巨大非传统数字与图形处理器”。

与此同时，他还开发了专用汇编器，可以把程序代码转换成可以一键粘贴到《我的世界》里的砖块结构。

sammyuri认为，CHUNGUS 2性能基本达到雅达利经典游戏机Atari 2600水平，运行个贪吃蛇、俄罗斯方块都不在话下。

手搓CPU的视频，一发到网上就爆火，播放量过百万。

但他并不满足于此，甚至（在读者的鼓动下）萌生了无限套娃的想法——在《我的世界》中玩上《我的世界》。

不过，这听起来实在是天方夜谭……

毕竟在现实中，《我的世界》游戏最低配置要求也是3Ghz CPU+4GB内存，他这只有1Hz CPU+256字节内存的配置，怎么带得动？

这时候就需要借助群体的智慧了（手动狗头）。

Sammyuri找到Uwerta和StackDoubleFlow，三个人一起基于这个CPU，给计算机来了一次升级，其中2个人负责在游戏中搭硬件，1个人负责写代码。

这一升级就是10个月，最后竟然真的在《我的世界》中，用一块96×64像素的屏幕，玩起了一个3D版、复刻16种方块+32种物品、还原数十种游戏机制（挖掘、制作、烧制、搭建、箱子、随机刻等）的《我的世界》！

没错，这还是个3D的《我的世界》，因此计算机中还配备了显卡（GPU），专门用来处理图像。

这只GPU名叫“AMOGUS”（Absurdly Massive Operator on Graphics by Uwerta and Sammyuri，超巨大的图形运算器，Uwerta和Sammyuri制造）。

△AMOGUS

首先，给这个GPU输入物体在3D空间中的坐标、以及纹理位置等信息；随后根据相机位置，切割出需要显示的画面（例如相机位于一棵草中间，它就只显示相机前面的草，将相机后面看不见的草切掉）；

接下来，将屏幕上的3D坐标映射成2D坐标，并将四边形分割成3个梯形、进一步分割成像素行、再分割成单个像素，并进行线性插值来计算每个像素对应的纹理位置（即纹理映射），以及它与相机的距离；

△（图源Surfaced Studio）纹理映射原理，在AMOGUS中做了简化

纹理映射是实现GPU处理3D图像的一个关键。用GPU处理3D图像时，需要将屏幕上的1个像素与3D物体表面纹理上的某个位置对应起来，也就是纹理映射。

由于目标与相机的距离一直在变化，因此纹理映射占用屏幕的像素范围也不一样。

最后，从纹理缓存中获取像素颜色，并将深度与屏幕当前像素深度（存储在6kb的像素深度缓冲区）进行比较，如果更相近就进行覆盖。

除了用GPU处理图像以外，这台可以运行《我的世界》的计算机又是如何存储游戏数据、并与玩家进行交互的？

以充当工作台的ROM为例，它存储了各种锻造和烧练的配方，当输入一系列需要合成的物品（如一系列木头）时，就会输出一个结果（木块），否则就输出0。

用于存储世界地图的RAM由512×4位地址组成，一共256字节，基于坐标（x,y,z）寻址。如果检测到玩家超出边界，就会返回0或255。

△世界地图就存在这里

输入控制器，则由一系列《我的世界》中的压力板组成，踩到后就会将当前状态发送到队列中，CPU就能读取并处理。

△根据PS4手柄风格设计

当然，在《我的世界》中运行这台计算机，必须经过加速（否则可能几小时都计算不出一帧）。

于是他们便借助MCHPRS服务器，提升了一波红石运行的速度，达到了每秒0.1帧的极限水平（doge）。

即便如此，我们看到的这段2分钟视频，仍然花了大约9小时录制，有种“天上一天，地下一年”的感觉。

据Sammyuri表示，目前他们正在进一步优化GUI（图形用户界面），下一步有可能制作一个独立的、只运行红石系统的版本，甚至实现在《我的世界》中运行《DOOM》的梦想。

细节上有多硬核？

其实在这之前，不少红石佬们都想过用不同方法实现“在我的世界里玩我的世界”。

但多少走了点“捷径”，不算是用《我的世界》中的原生工具实现。

例如，通过虚拟机模组，在《我的世界》使用各种部件组装电脑，并当作虚拟机运行，比如这个VM Computers mod：

还有通过Web displays的，也就是在《我的世界》中搞一个浏览器，再运行网页版《我的世界》：

尽管sammyuri三人组的方案尚存不足，但相比起来，不借助外部工具辅助又多叠了一层硬核buff。

“无限套娃”许愿成功！

当然，除了“工具全部现成”以外，这个0.2版本的《我的世界》，还有更多细节值得一看。

比如那个用1和0码出的CPU存储器——CHUNGUS 2，制程工艺达到了先进的1米（doge），频率达到了1Hz。

它有一个4级指令管线化，64字节的8路关联数据缓存，甚至分支预测，符合RISC标准。

而生造的GPU，又能成功运行，把捏出来的计算机里的《我的世界》方块，全部进行3D渲染。

再者，红石线路本就具备数字电路的基本要求，只不过堆叠运行限制很大。

移植版《我的世界》玩儿起来，再次证实了《我的世界》的图灵完备。

具备图灵完备，意味着在不考虑实时运算的前提下， “在《我的世界》里玩《我的世界》”，可以一直套娃。

狂肝10多个月可以套娃一次，要是狂肝20多个月，岂不是就能实现“在《我的世界》搭电脑玩《我的世界》，并在后者中再搭一个《我的世界》来玩”？？？

套娃人狂喜！

不过，考虑到《我的世界》边界距离理论上是有限的，所以每一次模拟出的《我的世界》都会更小。

因此真·无限套娃，用这个办法恐怕还是不行。

但，如果造出来的《我的世界》里有了红石电路，这并不妨碍新的一轮套娃又要开始了～

事实上，sammyuri在视频最后留了个彩蛋，“关注点赞我可能开始做我的世界中的我的世界中的我的世界”

他不会是认真的吧？不会吧？

GitHub地址：
https://github.com/sammyuri/minecraft

《3D版我的世界套娃》压缩包：
https://www.mediafire.com/file/fbkuwo2aqg8gigj/3D+Minecraft+in+Minecraft.zip/file

参考链接：
[1]https://www.youtube.com/watch?v=-BP7DhHTU-I
[2]https://github.com/MCHPR/MCHPRS/blob/master/docs/Redpiler.md
[3]https://news.ycombinator.com/item?id=32901461
[4]https://www.youtube.com/watch?v=eiDrRa6JvQ0