寻找开源硬件成功的诱因

过去十年是由各个技术领域的开源创新定义的。软件堆栈的可公开访问性质使开发人员社区能够交换代码并实现想法，以构建超越组织边界的协作杰作。很长一段时间内，更广泛的社区都没有认识到这一趋势。最终，纯粹的数量和质量赢得了许多拥护者，开源成为事实上的软件黄金标准，但开源硬件呢？

在软件不断增长的同时，硬件开发仍然是孤立的，公司专注于创造竞争优势。硬件的历史充满了导致不同规格出现的非协作运动。孤立的创新最终导致市场碎片化的例子太多了。专有性质并没有成为可持续的业务优势，而是成为瓶颈并最终导致该标准的终结。索尼蓝光就是这样一个例子。

一个可能的原因可能是硬件是通过知识产权保护获得商业竞争力的源泉，因此公司希望将其保留在内部。显然，这种方法并没有扩展，我们目睹了硬件平台的增长速度要慢得多。例如，当出现精益但要求苛刻的人工智能 (AI) 用例时，该行业还没有准备好。现有参与者试图推动传统的 FPGA、GPU 和 CPU 解决方案，这些解决方案对于不断发展的推理行业的计算需求并不理想。很长一段时间，Arm 不断创新，提供了非常进化的指令集，但最终也未能跟上。

这种情况最终导致亚马逊和谷歌看到了定制计算解决方案的潜力，因此他们开始投资半导体以开发推理定制处理解决方案。它为开源硬件驱动的车辆带来了一线希望，这将有助于缩小数据科学与大数据智能之间的鸿沟。本文追溯了开源软件的历程，并吸取了一些经验教训，可以通过采用最佳实践来帮助开源硬件迎头赶上。

图 1：Arm 及其指令集架构 (ISA) 多年来一直是知识中心。 （来源：Arm）

开源秘方

二十多年前，当开源概念首次出现时，围绕货币化存在许多问题，随着时间的推移，各种模型不断发展。今天，超过 3500 万开发人员为代码做出了贡献，为数十亿台设备提供支持，并因此产生了巨大的价值。从MongoDB（79亿美元）和Elastic（73亿美元）的公开上市，以及微软（70亿美元）、IBM对RedHat（340亿美元）和Salesforce对MuleSoft的大手笔收购之后，公开上市就可以看出这一点。 65亿美元上市。

今天，所有大公司都在以某种形式使用开源，因为它有助于创建优化的软件来解决手头的问题。虽然计算机和电信行业是开源软件的主要消费者，覆盖了他们大约 60% 的软件需求，但工业和医疗保健企业正在快速采用。开源大大缩短了开发时间，因为大多数模块都以经过充分测试和优化的形式提供，随时可以集成到软件堆栈中以解决特定问题。

开源提供了一个经典的营销课程：用户甚至在他们意识到之前就已经是客户。当他们意识到这一点时，他们在堆栈中使用了如此多的开源，因此最好购买许可证。从 Apache 孵化许可证到 MongoDB、Elastic 和 Cockroach 提供的更适合业务的许可证，该行业已经走了很长一段路。这就是开源在最初几天没有任何明确营销需求的情况下开创免费增值的方式。

开源软件成功的秘诀在于找到任何新旅程的核心问题，并让商业模式随着时间的推移而出现。随着您解决更重要的问题，您的源代码需求会增加，从而扩大项目规模，吸引更多资金。这就是为什么上四分位数的开源项目对开发者产生了巨大的吸引力，而其中大部分是免费的社区项目。

理解为什么有人会为已经开源的代码付费也很重要？答案在于一段时间内的专门支持、安全修复和维护。导致不同的开放程度，以迎合不同的行业需求水平。

Linux 的出现

今天，开源软件在代码大师班和商业模式方面有了显着的发展。每当一家领先的公司参与开源开发时，它就会成为创建庞大而持久的堆栈的催化剂。

Google 开创了各种成功案例，例如 Android 移动操作系统、TensorFlow 机器学习和用于部署、扩展和容器化应用程序管理的 Kubernetes。有几个年轻的创业者努力解决问题的例子。随着大众对问题的显着认识，该解决方案的规模和数量不断增加，从而带来了业务成功的故事。

在这个成长过程中，关键的组成部分是 Linux 的出现。它作为一个可扩展的主干，可以吸收这么多不同的组件和硬件，并无缝地提供高性能。无论是提供强大的主干来处理严格的时序要求，还是创造空间以适应处理特定架构元素的不同方式，Linux 都能满足要求苛刻的用例，同时成功交付成果。

构建类似 Linux 的胶水

有了关于开源软件进化的背景，让我们将探索转移到开源硬件世界。并不是说开源硬件没有取得任何成功；无论硬件在哪里开源，它都会成为一个伟大的成功故事。 Arduino 是一种开源微控制器板，是开源硬件如何彻底改变人们使用硬件进行研究和项目相关活动的方式的典型代表。

图 2：Arduino 微控制器板证明了开源硬件的承诺。 （来源：Arduino）

随着计算世界不断增长的需求，开源硬件的想法正在迅速发展。几家小公司尝试了模块化硬件，为客户提供配置首选硬件模块的选择。这个想法令人兴奋，让用户能够为来自不同供应商的扬声器、摄像头和网络模块采用一流的硬件，并创建他们想要的任何设备。

但这种方法未能转化为可扩展的产品和消费者的大规模采用。原因可以追溯到没有驱动硬件代码可以使硬件模块化真正可用。孤立且极其紧密的开发使得在最终产品中几乎不可能实现模块化。随着处理器达到违反摩尔定律的地步，前所未有地需要开创性的创新来汇集该行业的普遍智慧。

正如我们看到硬件领域对开源的需求一样，先驱者可以从其开源软件兄弟那里借鉴一些经验。开源软件旨在弥补领先供应商提供的软件的性能差距。因此，重点从来不是用户友好性，而是在具有挑战性的环境中更高的可靠性和代码性能。

Linux 成为服务器的流行操作系统。 MySQL 在该领域向 Oracle 发起挑战，纯粹是基于架构健壮性和模块化方法的优点，并解决了单体架构的缺点。今天，我们看到亚马逊将几乎所有的软件模块作为一项单独的服务进行销售，这在早期的单体软件理念中是不可能的。

关键问题是，开源硬件的 Linux 等价物是什么？挑战在于硬件的复杂性，这使得构建类似于 Linux 的粘合剂将所有硬件连接在一起几乎是不可能的。因此，建立民主的硬件生态系统从来没有真正挑战过物理、法律和经济障碍。在第一部分中，物理限制非常复杂，并且限制了开源硬件突破的真正 Linux 等价物的发展。但是，来自无线接入网络 (RAN) 等开放硬件的 5G 分支的出现表明，想象和创造它是可能的。

下一个关键问题是诸如 RISC-V 之类的指令集架构 (ISA) 是否可以像 Linux 为各种异构组件的平滑同化让路那样，引发开源硬件的扩散。如果是这样，那么了解阻止早期参与者建立这样一个生态系统的原因很重要。

图 3：Microsemi 已在其 FPGA 设计中实施了 RISC-V 内核。 （来源：Microchip）

很长一段时间，Arm 充当知识中心，并为那些不愿意被流行选项束缚的玩家提供了最好的指令集。 RISC-V 在开源硬件领域提供了一个独特的机会，并且有可能在 Arm 被合并为一家大型半导体设备之后成为黄金标准。

触发大规模采用

随后的挑战在于新工具的学习曲线。在令人难以置信的时期内，硬件行业在验证 RTL 代码的方式上并没有发生剧烈的变化。 SV-UVM 是事实上的选择，它逐渐发展并创造了一个重​​要的舒适区。创建一个新的解决方案并期望人们乐于采用它是具有挑战性的。该价值必须显着提高才能触发新设计和验证工具集的大规模采用，以创建优雅的硬件设计。

在 PCIe、USB 和 OpenCL 和 OpenCV 等开源硬件规范中有成功的案例，但是，真正的开源硬件的道路要经过生产难题。这将涉及下一个台积电的出现，它可以支持灵活的运输，并为与开源硬件的新世界保持一致的 RTL 验证流片创建端到端管道。说起来容易做起来难，因为与投资不大的软件不同，在硬件方面，每一层都是在几十年间以紧密耦合的方式构建的，并且为开源硬件让路的拆除成本很高。

现有工具的渐进式演变可能需要一个世纪才能达到改变业务的开源硬件阶段。解决方案是通过明确的路线图开启一个不同思维和突破的新时代。除非开源硬件的先驱找到端到端问题的答案，否则采用和建立事实上的 Linux 等价物将会受到有限的接受者。对设计工具和生产的投资需要通过大规模的技能再培训来取得成功，以使新的工具链被设计社区广泛采用，以创建敏捷的硬件开发。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站 EDN。

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