De triggers vinden voor het succes van open-source hardware

Het laatste decennium werd gekenmerkt door open source-innovaties op verschillende technologiegebieden. Het openbaar toegankelijke karakter van de softwarestack stelde de ontwikkelaarsgemeenschap in staat om code uit te wisselen en ideeën te realiseren om samenwerkingsmeesterwerken buiten de organisatorische grenzen te bouwen. De bredere gemeenschap herkende de trend al heel lang niet. Uiteindelijk wonnen het enorme volume en de kwaliteit veel voorstanders en werd open-source de de-facto gouden standaard voor software, maar hoe zit het met open-source hardware?

Terwijl de software groeide, bleef de hardwareontwikkeling stil en bedrijfsgericht om een ​​concurrentievoordeel te creëren. De geschiedenis van hardware zit vol met niet-samenwerkende bewegingen die leiden tot het ontstaan ​​van uiteenlopende specificaties. Er zijn zoveel voorbeelden waar silo-innovatie uiteindelijk leidde tot een gefragmenteerde markt. In plaats van een duurzaam zakelijk voordeel te worden, werd het bedrijfseigen karakter een knelpunt en leidde uiteindelijk tot het einde van die standaard. Sony BlueRay was zo'n voorbeeld.

Een mogelijke reden zou kunnen zijn dat hardware de bron is van het concurrentievermogen van bedrijven door middel van IP-bescherming, en daarom wilden bedrijven het in-house houden. Blijkbaar is deze aanpak niet opgeschaald en waren we getuige van een veel langzamere groei van hardwareplatforms. Zo was de industrie er nog niet klaar voor toen er lean maar veeleisende use-cases voor kunstmatige intelligentie (AI) ontstonden. De bestaande spelers probeerden traditionele FPGA-, GPU- en CPU-oplossingen te pushen, die niet ideaal waren voor de berekeningen die werden vereist door een zich ontwikkelende inferentie-industrie. Arm bleef lange tijd innoveren en zorgde voor een zeer geëvolueerde instructieset, maar uiteindelijk kon het ook geen gelijke tred houden.

Dit scenario culmineerde in het feit dat Amazon en Google het potentieel van op maat gemaakte computeroplossingen zagen, dus begonnen ze te investeren in halfgeleiders om te werken aan op inferentie afgestemde verwerkingsoplossingen. Het heeft de zilveren rand aan de horizon gebracht voor open-source hardware-geleide voertuigen die de kloof tussen datawetenschap en big-data-aangedreven intelligentie zullen helpen verkleinen. Dit artikel beschrijft de reis van open-source software en trekt lessen die kunnen helpen bij het inhalen van open-source hardware door de best practices toe te passen.

Figuur 1:Arm en zijn instructiesetarchitectuur (ISA) zijn al jaren een kenniscentrum. (Bron:Arm)

Open source geheime saus

Toen het open-sourceconcept meer dan twee decennia geleden voor het eerst opkwam, waren er veel vragen over het genereren van inkomsten en in de loop van de tijd zijn er verschillende modellen ontstaan. Tegenwoordig dragen meer dan 35 miljoen ontwikkelaars bij aan code, waardoor miljarden apparaten van stroom worden voorzien en als resultaat aanzienlijke waarde genereren. Dat blijkt uit de openbare notering van MongoDB ($ 7,9 miljard) en Elastic ($ 7,3 miljard), naast de grootschalige overnames van GitHub door Microsoft ($ 7 miljard), RedHat door IBM ($ 34 miljard) en MuleSoft door Salesforce na de openbare notering van $6,5 miljard.

Tegenwoordig gebruiken alle grote bedrijven open source in een of andere vorm, omdat het helpt bij het creëren van de geoptimaliseerde software voor het oplossen van problemen. Terwijl de computer- en telecomindustrie de grootste gebruikers zijn van open-sourcesoftware, die ongeveer 60% van hun softwarebehoeften dekken, gaan industriële en gezondheidszorgbedrijven snel over tot adoptie. Open source heeft de ontwikkeltijd drastisch verkort, aangezien de meeste modules beschikbaar zijn in een goed geteste en geoptimaliseerde vorm, klaar om te worden geïntegreerd in de softwarestack om specifieke problemen op te lossen.

Open source biedt een klassieke marketingles:de gebruikers zijn al klant nog voordat ze het beseffen. Tegen de tijd dat ze het beseffen, gebruiken ze zoveel open source in hun stack dat ze beter een licentie kunnen kopen. De industrie heeft een lange weg afgelegd van de door Apache geïncubeerde licentie naar meer bedrijfsvriendelijke licenties die MongoDB, Elastic en Cockroach bieden. Dat is hoe open source freemium pionierde zonder enige duidelijke behoefte aan marketing in de eerste dagen.

De geheime saus voor het succes van open-sourcesoftware is het vinden van een probleem in de kern van elke nieuwe reis en het bedrijfsmodel met de tijd laten ontstaan. Naarmate u grotere problemen oplost, groeit de vraag naar uw broncode, wat leidt tot schaalvergroting van het project, waardoor meer kapitaal wordt aangetrokken. Daarom genereren de bovenste kwartielen van open-sourceprojecten aanzienlijke tractie voor ontwikkelaars, terwijl de meeste gratis communityprojecten zijn.

Het is ook essentieel om te begrijpen waarom iemand zou betalen voor een code die al open source is? Het antwoord ligt in toegewijde ondersteuning, beveiligingsoplossingen en onderhoud gedurende een bepaalde periode. Het leidt tot verschillende openheidsniveaus om tegemoet te komen aan verschillende vraagniveaus in de sector.

Advent van Linux

Tegenwoordig is open-sourcesoftware aanzienlijk geëvolueerd op het gebied van codemasterclass en bedrijfsmodellen. Telkens wanneer een toonaangevend bedrijf betrokken raakte bij de ontwikkeling van open source, werd het de katalysator voor het creëren van de grote en duurzame stack.

Google heeft een pioniersrol gespeeld in verschillende succesverhalen, zoals Android mobiel besturingssysteem, TensorFlow machine learning en Kubernetes voor implementatie, schaling en gecontaineriseerd applicatiebeheer. Er zijn verschillende voorbeelden van jongere startups door ondernemers die een probleem proberen op te lossen. Terwijl de massa het probleem duidelijk erkende, groeide de oplossing in omvang en volume, wat leidde tot een zakelijk succesverhaal.

In deze groeireis was het belangrijkste onderdeel de komst van Linux. Het dient als een schaalbare backbone die zoveel verschillende componenten en hardware kan assimileren en naadloos hoge prestaties kan leveren. Of het nu gaat om het bieden van een robuuste ruggengraat om aan strenge timingvereisten te voldoen of het creëren van ruimte voor verschillende manieren om architectuurspecifieke elementen te verwerken, Linux heeft de veeleisende gebruiksscenario's waargemaakt en met succes resultaten opgeleverd.

Linux-achtige lijm bouwen

Met deze context over de evolutie van open-source software, laten we onze verkenning overschakelen naar de wereld van open-source hardware. Het is niet zo dat open-source hardware geen succes heeft gehad; overal waar de hardware open source is geworden, wordt het een groot succesverhaal. Arduino, een open-source microcontroller-bord, is een voorbeeld van hoe open-source hardware een revolutie teweeg heeft gebracht in de manier waarop mensen hardware gebruiken voor onderzoek en projectgerelateerde activiteiten.

Afbeelding 2:Arduino-microcontrollerkaarten zijn een bewijs van de belofte van open-source hardware. (Bron:Arduino)

Het idee van open-source hardware wint snel aan kracht met de groeiende behoefte in de computerwereld. Verschillende kleine spelers experimenteerden met modulaire hardware om klanten de keuze te bieden om te configureren met voorkeurshardwaremodules. Het idee is opwindend, waardoor gebruikers de beste hardware voor luidsprekers, camera's en netwerkmodules van verschillende providers kunnen gebruiken en elk gewenst apparaat kunnen maken.

Maar deze aanpak heeft zich niet vertaald in schaalbare aanbiedingen en massale acceptatie door consumenten. De reden is terug te voeren op de afwezigheid van aansturende hardwarecode die hardware-modulariteit echt bruikbaar zou kunnen maken. De silovormige en extreem gebonden ontwikkeling maakt het bijna onmogelijk om modulariteit in het eindproduct te bereiken. Nu processors op het punt staan ​​de wet van Moore te schenden, is er een ongekende behoefte aan baanbrekende innovatie om de heersende wijsheid in deze branche te bundelen.

Aangezien we de vraag naar open source in de hardwareruimte zien, kunnen pioniers een paar lessen trekken van hun open source-softwarebroeders. Open-sourcesoftware was bedoeld om de prestatiekloof in de software van toonaangevende leveranciers te overbruggen. Als gevolg hiervan lag de focus nooit op gebruiksvriendelijkheid, maar op hogere betrouwbaarheid en codeprestaties in uitdagende omgevingen.

Linux werd een populair besturingssysteem voor servers. MySQL daagde Oracle in die ruimte uit puur op de verdiensten van architecturale robuustheid en modulaire benadering en pakte de tekortkomingen van monolithische architecturen aan. Tegenwoordig zien we dat Amazon bijna alle softwaremodules als een aparte service verkoopt, wat onmogelijk was in de eerdere monolithische softwarefilosofie.

De belangrijkste vraag is, wat is het Linux-equivalent voor open-source hardware? De uitdaging ligt in de complexiteit van de hardware, waardoor het bijna onmogelijk is om een ​​Linux-achtige lijm te bouwen om alle hardware aan elkaar te binden. Als gevolg hiervan worden de fysieke, juridische en economische barrières nooit echt uitgedaagd om een ​​democratisch hardware-ecosysteem op te bouwen. In het eerste deel is de fysieke limiet behoorlijk gecompliceerd en beperkend voor de evolutie van een echt Linux-equivalent voor open-source hardware-doorbraak. Maar de komst van 5G-uitlopers van open hardware zoals radiotoegangsnetwerken (RAN's) heeft aangetoond dat het mogelijk is om het te bedenken en te creëren.

De volgende cruciale vraag is of instructieset-architecturen (ISA's) zoals RISC-V de proliferatie van open-source hardware kunnen veroorzaken zoals Linux plaats heeft gemaakt voor een soepele assimilatie van verschillende heterogene componenten. Als dat zo is, is het belangrijk om te begrijpen wat eerdere spelers ervan weerhielden om zo'n ecosysteem te bouwen.

Figuur 3:Microsemi heeft RISC-V-kernen geïmplementeerd in zijn FPGA-ontwerpen. (Bron:Microchip)

Arm fungeerde lange tijd als een kenniscentrum en bracht de beste instructieset voor gebruik door spelers die zich niet wilden binden aan gangbare opties. RISC-V biedt een unieke kans op het gebied van open-source hardware en heeft het potentieel om de gouden standaard te worden nadat Arm mogelijk wordt opgevouwen in een grote halfgeleideruitrusting.

Trigger naar massale adoptie

De daaropvolgende uitdaging ligt in de leercurve voor nieuwe tools. De hardware-industrie heeft gedurende een ongelooflijke periode geen drastische verandering gezien in de manier waarop zij de RTL-code verifieert. SV-UVM is een de-facto keuze die stapsgewijs is geëvolueerd en een aanzienlijke comfortzone heeft gecreëerd. Het is een uitdaging om een ​​nieuwe oplossing te bedenken en te verwachten dat mensen deze met plezier overnemen. De waarde moet aanzienlijk groter zijn om een ​​massale acceptatie van een nieuwe ontwerp- en verificatietoolset te activeren om elegante hardware-ontwerpen te creëren.

Er zijn succesverhalen in open-source hardwarespecificaties zoals PCIe, USB en OpenCL en OpenCV, maar het pad naar echte open-source hardware gaat door de productiepuzzel. Het zou de komst van de volgende TSMC met zich meebrengen die flexibele verzending kan ondersteunen en de end-to-end-pijplijn voor RTL-verificatie-tapeout kan creëren, afgestemd op een nieuwe wereld van open-source hardware. Het is makkelijker gezegd dan gedaan, want in tegenstelling tot software waarvoor de investering niet enorm is, wordt in hardware elke laag gedurende tientallen jaren op een nauw aan elkaar gekoppelde manier gebouwd en is het kostbaar om te ontmantelen om plaats te maken voor open-source hardware.

De stapsgewijze evolutie van bestaande tools kan een eeuw duren om de bedrijfsveranderende open-source hardwarefase te bereiken. De oplossing is om een ​​nieuw tijdperk van anders denken en ontsnapping in te luiden met een gedefinieerde roadmap. Tenzij pioniers van open-source hardware het antwoord vinden op end-to-end problemen, zal de adoptie en vestiging van een de-facto Linux-equivalent weinig gebruikers vinden. De investering in ontwerptools en productie zal moeten worden voltooid met massale herscholing om nieuwe toolketens massaal te laten adopteren door de ontwerpgemeenschap om flexibele hardware-ontwikkeling te creëren.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EDN.

Verwante inhoud:

• De RISC-V-architectuur uitbreiden met domeinspecifieke accelerators
• Het mysterie uit aangepaste extensies halen in RISC-V SoC-ontwerp
• Een gids voor het versnellen van applicaties met precies de juiste RISC-V aangepaste instructies
• RISC-V klaar om volwassen te worden
• RISC-V ISA IP breidt zich uit
• RISC-V-initiatief maakt gebruik van standaardplatform voor aangepaste ontwerpen

Abonneer u voor meer Embedded op de wekelijkse e-mailnieuwsbrief van Embedded.