Может ли открытое железо повторить наследие Linux?

Этот год отмечает 30-ю годовщину выпуска ядра Linux, краеугольного камня движения открытого ПО. Свободно доступный код ядра стимулировал сотни надежных, стабильных и гибких Linux дистрибутивов, создав наследие инноваций и надежности.

Учитывая этот успех, может ли та же философия открытого исходного кода быть применена к железу? Может инструкционная наборная архитектура (ISA) такая как RISC-V служить фундаментом для пролиферации открытого кремния, зеркаля роль Linux для ПО?

Ответ — и да, и нет.

RISC-V действительно открытый стандарт, предлагающий свободу, гибкость и скорость, нужные для построения продуктов вокруг него. Однако железо изначально более сложно, вовлекая множество слоев стека, что означает, что это не так просто, как отгрузка программного пакета.

Для исследования этого вопроса мы опросили ключевых стейкхолдеров в RISC-V экосистеме — включая OpenHW Group, RISC-V International, NXP Semiconductors и Andes Technology. Их инсайты подчеркивают сходства с открытым ПО, выявляют барьеры принятия железа и подчеркивают важность живого сообщества и экосистемы.

Качество и экосистема поддержки критичны

Рик О'Коннор, президент и CEO OpenHW Group, сравнивает RISC-V с ядром Linux: «RISC-V ISA — это то, чем было ядро для Linux в начале, и другие открытые ПО проекты выросли из него». Он добавил, что ISA — это семя, из которого может вырасти железная экосистема.

Рик О'Коннор

О'Коннор предостерегает, что качество остается значительным барьером. «Если вы работаете в высокообъемной SoC компании, вы не можете просто принять университетский ядро и объявить его production-ready». Для адресации этого OpenHW Group выступает за открытый верификационный поток, демонстрирующий качество и надежность, давая высокообъемным производителям уверенность, сравнимую с in-house разработкой.

Он также проясняет заблуждения о RISC-V International, фонде, надзирающем спецификацию ISA. «Фонд не о разработке ядер; он определяет инструкционную наборную архитектуру. Принятие может быть коммерческим, открытым, закрытым, для прибыли или некоммерческим, и оно поддерживает разнообразие языков захвата логики».

О'Коннор подчеркивает, что фокус OpenHW Group выходит за рамки дизайна ядер. «Мы разрабатываем артефакты для гетерородного кластерного вычисления, позволяя разнообразные SoC размеры, кластеризацию разных типов ядер, ускорителей и кастомных блоков». Это согласуется с обещанием RISC-V позволить любому сшить ядро вместе без договорных ограничений.

Он отмечает, что ISA уже раскрыл «новую фронтиру инноваций», позволяя разработчикам строить с нуля. «Наш вызов — установить пять или шесть устойчивых семейств ядер вокруг RISC-V».

Роб Ошана

Роб Ошана, вице-президент инженерии ПО для R&D в NXP Semiconductors, проводит параллель: «Linux — это реальный исходный код, к которому тысячи разработчиков вносят вклад коллаборативно через Linux Kernel Archives». Он подчеркивает, что RISC-V International владеет спецификацией, не реализацией, и что OpenHW Group заполняет пробел, предоставляя свободные, открытые, роялти-фри реализации и коллатерал, очень похоже на Linux Foundation.

Поддержка сообщества, а не просто спецификация, существенна

Открытый исходный код процветает на вовлеченности сообщества. «Просто положить что-то в Git репозиторий и назвать это "открытым" — недостаточно», — аргументирует Ошана. «Сообщество должно питать, заботиться и растить проект». Он указывает, что ядра OpenHW Group преуспевают благодаря коллективным усилиям в построении ядер, плат, ПО и референс платформ.

Ошана зовет к устойчивым инженерным инвестициям и лучшим практикам. «Каждый дистрибутив будет уникален, но успех зависит от надежного набора железных инструментов и четких ролей мейнтейнеров — аналогично upstream процессу в Linux».

Марк Хаймельстайн

Марк Хаймельстайн, CTO в RISC-V International, эхоэтит этот сентимент: «Принятие Linux не было из-за его технического превосходства в одиночестве; это было сообщество и поддержка. С RISC-V я верю, мы на пути стать Linux железа».

Железо сложнее ПО

Многослойный стек железа добавляет сложность. «Более 95% объема кремния сегодня производится и верифицируется используя Verilog-базированные инструментальные потоки и коммерческую верификационную инфраструктуру», — отмечает О'Коннор. «Для поощрения принятия ядра должны бесшовно интегрироваться в существующие коммерческие tool chains».

SoC вендоры обычно используют SystemVerilog Universal Verification Methodology (UVM). «Мы не будем пытаться навязать новую методологию», — говорит О'Коннор. «Если мы хотим RTL принятие открытых блоков, они должны падать в знакомую UVM среду».

Он подчеркивает физику кремниевого производства — рецепты процессов, библиотеки, CAD инструменты, GDSII маски и верификационное ПО — все тяжело запатентовано. «Замена всего стека открытыми реализациями нереалистична для любой коммерческой компании».

Основатели OpenHW Group решили против построения проприетарной экосистемы для RISC-V ядер. Вместо этого их цель — предоставлять открытые железные строительные блоки, облегчающие гетерородные кластеры и кастомные ускорители, в то время как используя коммерческие инструменты для обеспечения высокой уверенности.

О'Коннор предсказывает, что открытые FPGA скоро появятся, за которыми последуют открытые SoC.

Коммерческая перспектива

Andes Technology примеряет, как коммерческая фирма может интегрировать открытую инфраструктуру. Тайваньская компания запустила множество RISC-V процессоров и анонсировала клиентские реализации.

Помимо дизайна ядер для SK Telecom и Renesas, Andes недавно раскрыла, что EdgeQ, стартап разрабатывающий 5G базово-станционные чипы, будет использовать лицензированный Andes RISC-V ядро с кастомным расширением для доставки открытой, программируемой 5G платформы с интегрированным ИИ. Расширение позволяет EdgeQ адаптировать наборы инструкций для производительности, фич и мощности, которых текущие беспроводные решения лишены.

Frankwell Lin

Лин объясняет: «RISC-V — открытый исходный ISA для описания железа, не открытое ядро. Компании кооперируются на стандарте но конкурируют в бизнесе». Он добавляет, что Andes балансирует десятилетие проприетарной ядерной экспертизы с 90% сдвигом к RISC-V разработке.

Лин отмечает, что у железа есть другие открытые стандарты — Verilog, PCIe, USB, OpenCL, OpenCV, Bluetooth и Wi-Fi — часто согласованные лидерами индустрии. По мере появления большего числа открытых железных инструментов, вопрос остается, нужен ли фундамент, аналогичный ядру Linux, для стимулирования принятия. Вовлеченность сообщества и корпоративные вклады критичны.

Тем не менее, тяжелые инвестиции в дизайнерские инструменты и производственное оборудование делают открытое железо сложным предложением. Железные блоки должны интегрироваться с существующими toolchains для управления большей сложностью через каждый дизайнерский слой.

>> Эта статья была первоначально опубликована на нашем партнерском сайте EE Times.

---

Связанные материалы:

• Open source GPU строит на RISC-V
• Open-source референс плата нацелена на быстрое медицинское вентиляторное развертывание
• Перспективы на эволюцию Arduino
• Почему Yocto Project для моего IoT проекта?
• Проектирование открытых систем умного земледелия

Для большего Embedded, подпишитесь на еженедельную email рассылку Embedded.