Может ли оборудование с открытым исходным кодом соответствовать успеху Linux

В этом году исполняется 30 ^-го годовщина выпуска ядра Linux. Открытый исходный код, лежащий в основе движения за программное обеспечение с открытым исходным кодом, породил сотни проектов, использующих бесплатные общедоступные дистрибутивы Linux. В результате получился длинный список надежных, стабильных и гибких продуктов.

Учитывая его успех, можно ли применить тот же подход к внедрению оборудования с открытым исходным кодом? Может ли архитектура набора инструкций (ISA), такая как RISC-V, создать основу для распространения оборудования с открытым исходным кодом так же, как ядро ​​Linux послужило основой для программного обеспечения с открытым исходным кодом?

Ответ - и да, и нет.

На данный момент архитектура RISC-V открыта и доступна в качестве стандарта, что обеспечивает свободу, гибкость и скорость создания продуктов на ее основе. Но обратная сторона медали состоит в том, что оборудование более сложное, а наличие нескольких уровней в стеке означает, что это не так просто, как доставка пакета программного обеспечения.

Мы опросили заинтересованные стороны в аппаратной экосистеме RISC-V - OpenHW Group, RISC-V International, NXP Semiconductors и Andes Technology. Мы исследуем сходство с программным обеспечением с открытым исходным кодом, препятствия на пути внедрения оборудования с открытым исходным кодом и значение сообщества поддержки и экосистемы.

Наконец, мы размышляем:что означает оборудование с открытым исходным кодом для производителей коммерческих микросхем?

Качество и экосистема поддержки - ключ к успеху

Рик О'Коннор, президент и генеральный директор OpenHW Group, приравнивает RISC-V к ядру Linux:«RISC-V ISA - это действительно то, чем было ядро ​​для Linux вначале, и другие проекты и инициативы в области программного обеспечения с открытым исходным кодом, возникшие как результат », - сказал О'Коннор EE Times . . «Конечно, ядро ​​было семенем со стороны программного обеспечения 20 лет назад, и ISA, я думаю, является таким же семенем со стороны оборудования».

Рик О’Коннор

Тем не менее, существуют препятствия для перехода на оборудование с открытым исходным кодом. «Безусловно, одна из них - качество», - добавил О’Коннор. «Например, если вы работаете в крупномасштабной компании по производству микросхем или SoC [система на кристалле], вы не собираетесь идти в офис своего босса и ставить свой значок на этот загруженный вами IP-блок и говорить:« Мы «готовы к работе» на основе этого крутого ядра из университета, и мы должны поместить его в нашу высокопроизводительную SoC »».

Следовательно, группа выступает за открытый поток проверки, «который люди могут использовать и видеть качество и результаты, которых достигла экосистема, [затем] производить то, что ожидалось бы крупной компанией SoC, если бы они делали это полностью на свои - сказал О'Коннор.

Группа также отмечает неправильные представления отрасли о RISC-V и роли RISC-V International, фонда, который контролирует основную спецификацию ISA.

«Люди всегда думали, что в основе лежит разработка ядер», - сказал О’Коннор. "Это не. Речь идет о разработке серии спецификаций, определяющих архитектуру набора команд. Кроме того, существуют всевозможные варианты внедрения:коммерческий, открытый, закрытый, коммерческий, некоммерческий, написанный на разных языках, в зависимости от вашего любимого языка ввода логики ».

В этом отношении он подчеркнул, что OpenHW Group занимается не только ядрами RISC-V. «На самом деле мы сосредоточены на разработке артефактов, необходимых для гетерогенных кластерных вычислений, которые можно использовать в SoC разных размеров. Кластеризация различных типов ядер, ускорителей и всех необходимых нам блоков ».

Именно здесь RISC-V ISA сыграла ключевую роль, открыв «новый рубеж в инновациях», - утверждает О’Коннор. «Это сделало возможным объединение ядра воедино для всех, без каких-либо соглашений для подписания с кем-либо. Загрузите спецификации ISA - и вперед. С этой точки зрения это был ключевой фактор. Если вы вернетесь к 20 годам назад, было много, много реализаций ядра Linux - намного больше, чем у нас сегодня.

«Наша задача для индустрии аппаратного обеспечения состоит в том, как сделать реализацию пяти или шести семейств ядер на основе RISC-V, которые будут устойчивыми».

Роб Ошана

Роб Ошана, вице-президент по разработке программного обеспечения для исследований и разработок в NXP Semiconductors, предполагает, что оборудование с открытым исходным кодом будет развиваться во многом так же, как и открытое программное обеспечение. «Linux - это реальный исходный код, который тысячи разработчиков используют и вносят совместный вклад» через архивы ядра Linux.

«RISC-V International владеет спецификацией, а не реализацией. Эта спецификация разрабатывалась в тесном сотрудничестве, и было доказано, что она работает с учетом текущего состояния сообщества и экосистемы RISC-V », - сказал Ошана.

«Поскольку фонд не владеет открытой реализацией, OpenHW Group заполняет этот пробел своей хартией о разработке бесплатных, открытых, бесплатных реализаций, а также других дополнительных средств, таких как Linux Foundation».

Требуется:поддержка сообщества, а не только спецификация

С распространением программного обеспечения с открытым исходным кодом на оборудование растет потребность в участии сообщества или партнерской экосистемы. «Любое открытое сообщество требует воспитания, ухода и кормления. Бросить что-то в Git и назвать его «открытым» всегда терпит неудачу. Необходимо сообщество », - заявил Ошана.

«Ядра OpenHW Group не смогли бы добиться успеха, если бы не усилия сообщества по созданию ядер, плат, программного обеспечения и эталонных платформ». OpenHW Group «использует передовой опыт, чтобы сделать эту аппаратную технологию успешной», - добавил он.

Ключевым моментом является использование передового опыта и «стабильное инвестирование в реальное проектирование, чтобы сделать [разработку аппаратного обеспечения] успешной», - утверждает Ошана. «Каждый дистрибутив будет в чем-то уникальным».

Между тем инструменты с открытым исходным кодом продолжают развиваться. «Нам нужен надежный набор аппаратных средств для поддержки этого с течением времени», - отметил Ошана. Он и другие предполагают, что истинным показателем открытого сообщества является уровень вовлеченности. Например, после выпуска реализации ключевой метрикой является то, как сообщество пользователей управляет запросами на изменение, исправлением ошибок и т.п. «Это эквивалент процесса апстриминга в Linux», - сказал Ошана. «Роль сопровождающего должна быть ясна».

Марк Химельштейн

Этот аспект сообщества также подчеркивает Марк Химельштейн, технический директор RISC-V International. «Linux не обязательно была лучшей ОС, но почему люди приняли ее? Потому что есть сообщество и поддержка. Магия была гордостью владения. Теперь использовать Linux совсем несложно, а с RISC-V я думаю, что мы - Linux оборудования. Я верю, что через пять-десять лет RISC-V также станет незаменимым помощником для аппаратного обеспечения ».

Аппаратное обеспечение сложнее программного обеспечения

Аппаратное и программное обеспечение с открытым исходным кодом различается в первую очередь сложностью стека. «Посмотрите на большую часть объема кремния, производимого сегодня - более 95 процентов этого объема было произведено и проверено в потоке инструментов на основе Verilog и инфраструктуре коммерческой проверки для этого производственного выпуска», - сказал О’Коннор. «Итак, если мы хотим, чтобы кто-то внедрил ядра, их нужно легко встроить в этот поток коммерческих инструментов».

Поставщики SoC в основном используют среду проверки SystemVerilog Universal Verification Methodology. «Мы не собираемся учить или убеждать их использовать что-то другое, - сказал О’Коннор. «Если мы действительно хотим, чтобы эти блоки с открытым исходным кодом использовались с помощью RTL, они должны быть включены в этот поток инструментов».

Тем не менее, физика оборудования представляет собой проблемы, с которыми не сталкиваются разработчики программного обеспечения. «Прямо из физики на уровне геометрии в полупроводниковых фабриках, рецепт, лежащий в основе этого потрясающего процесса», - отмечает О’Коннор, который считает обнадеживающими работу в таких областях, как проектирование процессов на более крупных узлах.

«У вас есть рецепт в фабрике, библиотеки в дополнение к этому, физический уровень этих инструментов САПР для создания GDSII и самой технологии масок; а затем оборудование для производства масок, программное обеспечение и инструменты для моделирования и проверки, которые вы используете для проверки вашего дизайна, инструменты синтеза, которые вы используете для захвата и синтеза вашего дизайна, а затем IP, которое входит в эти проекты », - пояснил он.

«Все эти уровни в этом стеке имеют обширные патентные портфели, связанные с каждым слоем, разработанные на протяжении десятилетий. И между каждым из этих слоев так много взаимосвязей. Таким образом, попытка заменить весь стек прямо из ворот реализациями и инструментами с открытым исходным кодом - это не то, что любая коммерческая компания попытается сделать », - отметил О’Коннор.

Основатели OpenHW Group рассматривали возможность создания экосистемы, ориентированной именно на ядра RISC-V. В конце концов они решили не делать этого.

О’Коннор сказал, что их первой целью было создание этих ядер. «Но мы делаем это с учетом видения решения проблем реализации оборудования с открытым исходным кодом. Другими словами, упростите построение гетерогенных кластеров с общими строительными блоками и вашей способностью адаптировать его с помощью собственного секретного рецепта - ускорителей и расширений, построенных на его основе ».

Это включает в себя совместную работу над общими элементами и определение точки интерфейса на уровне программных инструментов, на уровне аппаратного RTL и даже на уровне проверки. «Ваша добавленная стоимость - это то, как вы изменяете этот общий набор строительных блоков для добавления настраиваемого ускорения, создаете эти настраиваемые гетерогенные кластеры, которые реализуют ваш секретный алгоритм ускорителя. Итак, идея состоит в том, что RISC-V как ISA позволяет нам начать работу по созданию общих строительных блоков на уровне ядра процессора, а затем развить это. При этом используются лучшие коммерческие инструменты, чтобы обеспечить высокую степень доверия к разработчикам.

«Итак, IP - это то, чему они могут доверять».

Он предсказывает, что скоро появятся ПЛИС с открытым исходным кодом, а в конечном итоге и SoC.

Коммерческая перспектива

Andes Technology - это пример того, как коммерческая компания подключается к инфраструктуре с открытым исходным кодом. Тайваньская компания выпустила несколько процессоров на основе RISC-V, а заказчики объявили о нескольких реализациях.

Помимо разработки ядер RISC-V для SK Telecom и Renesas, Andes недавно объявил, что EdgeQ, стартап, разрабатывающий чипы для базовых станций 5G, будет использовать свою базовую лицензию RISC-V с настраиваемым расширением Andes для предоставления открытого и программируемого Платформа 5G со встроенным ИИ. Настраиваемое расширение позволит EdgeQ разрабатывать, расширять и настраивать свои собственные наборы инструкций для достижения новой производительности, функций и профилей мощности, которые, как они утверждают, не удовлетворяются текущей беспроводной инфраструктурой.

Фрэнквелл Лин

«RISC-V для нас - это ISA с открытым исходным кодом для аппаратного интерфейса или описания, а не ядро ​​с открытым исходным кодом», - сказал Франквелл Лин, президент Andes Technology. «В лагере RISC-V, от компании к компании, мы являемся конкурентами. Сотрудничаем на уровне стандартов RISC-V. Однако в повседневной работе нам приходится конкурировать друг с другом ».

Андес рекламирует десятилетний опыт работы со встроенными ядрами RISC, а также проприетарной архитектурой ISA. «Хотя мы переместили 90 процентов наших ресурсов на разработку RISC-V, у нас все еще есть собственное ядро, мы ведем лицензионный бизнес, и оба они по-прежнему работают», - сказал Линь.

Помимо RISC-V, Лин отметил рост количества открытых аппаратных компонентов, соответствующих отраслевым стандартам. «Что касается аппаратного обеспечения, RISC-V - не первый проект с открытым исходным кодом». Например, формат описания оборудования Verilog является открытым исходным кодом, в основном по соглашению между лидерами EDA Cadence и Synopsys, сказал Линь.

Также открыты стандарты аппаратного интерфейса, такие как PCIe, USB, OpenCL и OpenCV, а также Bluetooth и WiFi для подключения.

По мере роста списка открытых аппаратных инструментов ключевой вопрос заключается в том, нужна ли основа, подобная ядру Linux, для стимулирования внедрения оборудования с открытым исходным кодом. Как и в случае с Linux, решающее значение имеют поддержка сообщества и вклад отдельных компаний.

Тем не менее, большие вложения в средства проектирования и производственное оборудование делают оборудование с открытым исходным кодом сложной задачей. Эти препятствия означают, что аппаратные блоки должны быть легко интегрированы с существующими цепочками инструментов, чтобы справиться с гораздо большей сложностью на каждом уровне проектирования и производства аппаратного обеспечения.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EE Times.

---

Связанное содержание:

• GPU с открытым исходным кодом, основанный на RISC-V
• Справочная панель с открытым исходным кодом предназначена для быстрого развертывания аппаратов ИВЛ.
• Перспективы эволюции Arduino
• Почему проект Yocto для моего проекта Интернета вещей?
• Разработка систем интеллектуального земледелия с открытым исходным кодом.

Чтобы получить больше информации о Embedded, подпишитесь на еженедельную рассылку Embedded по электронной почте.