Kan open-source hardware Linux' nalatigheid evenaren?

Dit jaar markeert de 30ste verjaardag van de Linux-kernel release, de hoeksteen van de open-source software-beweging. De kernel's vrij beschikbare code heeft honderden robuuste, stabiele en flexibele Linux-distributies gespaard, wat een nalatiging van innovatie en betrouwbaarheid creëerde.

Gegeven dat succes, kan dezelfde open-source-filosofie op hardware toegepast worden? Kan een instruction set architecture (ISA) zoals RISC-V dienen als fundatie voor een proliferatie van open-source silicon, gelijkend op Linux' rol voor software?

Het antwoord is zowel ja als nee.

RISC-V is inderdaad een open standaard, wat de vrijheid, flexibiliteit en snelheid biedt die nodig zijn om producten eromheen te bouwen. Echter, hardware is inherent complexer, met meerdere lagen van de stack, wat betekent dat het niet zo simpel is als een softwarepakket te leveren.

Om deze vraag te verkennen, hebben we sleutel-stakeholders in het RISC-V-ecosysteem ondervraagd – inclusief de OpenHW Group, RISC-V International, NXP Semiconductors en Andes Technology. Hun inzichten benadrukken gelijkenissen met open-source software, identificeren barrières voor hardware-adoptie en benadrukken het belang van een levendige community en ecosysteem.

Kwaliteit en ondersteunings-ecosysteem zijn cruciaal

Rick O'Connor, president en CEO van de OpenHW Group, vergelijkt RISC-V met de Linux-kernel: "De RISC-V ISA is wat de kernel was voor Linux in het begin, en andere open-source software-projecten zijn eruit ontsproten." Hij voegde toe dat de ISA de zaad is waaruit een hardware-ecosysteem kan groeien.

Rick O'Connor

O'Connor waarschuwt dat kwaliteit een significante barrière blijft. "Als je werkt in een high-volume SoC-bedrijf, kun je niet zomaar een universiteit-afgeleide core adopteren en het productie-klaar verklaren." Om dit aan te pakken, pleit de OpenHW Group voor een open verificatie-flow die kwaliteit en betrouwbaarheid demonstreert, wat high-volume fabrikanten vertrouwen geeft vergelijkbaar met in-house ontwikkeling.

Hij verduidelijkt ook misvattingen over RISC-V International, de stichting die de ISA-specificatie beheert. "De stichting gaat niet over core-ontwikkeling; het definieert de instruction set architecture. Adoptie kan commercieel, open-source, closed-source, for-profit of non-profit zijn, en het ondersteunt een verscheidenheid aan logic-capture-talen."

O'Connor benadrukt dat de OpenHW Group's focus verder gaat dan core-ontwerp. "We ontwikkelen artefacten voor heterogene cluster-computing, wat diverse SoC-groottes, clustering van verschillende core-typen, accelerators en custom-blokken mogelijk maakt." Dit sluit aan bij RISC-V's belofte om iedereen in staat te stellen een core samen te stellen zonder contractuele beperkingen.

Hij merkt op dat de ISA al "een nieuwe grens in innovatie" heeft ontgrendeld, wat ontwikkelaars in staat stelt om vanaf nul te bouwen. "Onze uitdaging is om vijf of zes duurzame core-families rond RISC-V te vestigen."

Rob Oshana

Rob Oshana, vice-president software engineering voor R&D bij NXP Semiconductors, trekt een parallel: "Linux is daadwerkelijke broncode waar duizenden ontwikkelaars collaboratief aan bijdragen via de Linux Kernel Archives." Hij benadrukt dat RISC-V International een specificatie bezit, geen implementatie, en dat de OpenHW Group het gat vult door gratis, open, royalty-vrije implementaties en collateral te bieden, vergelijkbaar met de Linux Foundation.

Community-ondersteuning, niet alleen een specificatie, is essentieel

Open source bloeit door community-engagement. "Iets in een Git-repository zetten en het 'open' noemen is niet genoeg," argueert Oshana. "Een community moet het project voeden, verzorgen en laten groeien." Hij wijst erop dat OpenHW Group-cores slagen dankzij collectieve inspanningen in het bouwen van cores, boards, software en referentieplatforms.

Oshana roept op tot sustained engineering-investering en best practices. "Elke distributie zal uniek zijn, maar succes hangt af van een betrouwbare set hardware-gebaseerde tools en duidelijke maintainer-rollen – gelijkend op het upstreaming-proces in Linux."

Mark Himelstein

Mark Himelstein, CTO bij RISC-V International, herhaalt deze gedachte: "Linux' adoptie was niet alleen door technische superioriteit; het was de community en ondersteuning. Met RISC-V geloof ik dat we op koers zijn om de Linux van hardware te worden."

Hardware is complexer dan software

Hardware's multi-layer stack voegt complexiteit toe. "Meer dan 95% van silicon-volume vandaag wordt geproduceerd en geverifieerd met Verilog-gebaseerde toolflows en commerciële verificatie-infrastructuur," merkt O'Connor op. "Om adoptie te bevorderen, moeten cores naadloos integreren in bestaande commerciële toolchains."

SoC-leveranciers gebruiken typisch SystemVerilog Universal Verification Methodology (UVM). "We zullen niet proberen een nieuwe methodologie af te dwingen," zegt O'Connor. "Als we RTL-adoptie van open blokken willen, moeten ze in de bekende UVM-omgeving passen."

Hij benadrukt de fysica van silicon-fabricatie – procesrecepten, libraries, CAD-tools, GDSII-maskers en verificatie-software – allemaal zwaar gepatenteerd. "Het vervangen van de hele stack met open-source-implementaties is niet realistisch voor enig commercieel bedrijf."

De OpenHW Group's founders besloten tegen een proprietair ecosysteem voor RISC-V-cores te bouwen. In plaats daarvan is hun doel om open hardware-bouwblokken te leveren die heterogene clusters en custom accelerators faciliteren, terwijl commerciële tools worden benut om hoog vertrouwen te garanderen.

O'Connor voorspelt dat open-source FPGA's binnenkort zullen verschijnen, gevolgd door open-source SoCs.

Commercieel perspectief

Andes Technology vertoont hoe een commercieel bedrijf open-source-infrastructuur kan integreren. Het Taiwanse bedrijf heeft meerdere RISC-V-processors gelanceerd en klantimplementaties aangekondigd.

Naast het ontwerpen van cores voor SK Telecom en Renesas, onthulde Andes recent dat EdgeQ, een startup die 5G-base-station-chips ontwikkelt, een Andes-gelicenseerde RISC-V-core met een custom-extensie zal gebruiken om een open, programmeerbaar 5G-platform met geïntegreerde AI te leveren. De extensie stelt EdgeQ in staat om instruction sets af te stemmen voor prestaties, features en stroom die huidige wireless-oplossingen missen.

Frankwell Lin

Lin legt uit: "RISC-V is een open-source ISA voor hardware-beschrijving, geen open core. Bedrijven coöpereren op de standaard maar concurreren in business." Hij voegt toe dat Andes een decennium proprietary core-expertise balanceren met een 90% shift naar RISC-V-ontwikkeling.

Lin merkt op dat hardware andere open standaarden heeft – Verilog, PCIe, USB, OpenCL, OpenCV, Bluetooth en Wi-Fi – vaak overeengekomen door industriële leiders. Naarmate meer open hardware-tools verschijnen, blijft de vraag of een fundatie gelijkend op de Linux-kernel nodig is om adoptie te stimuleren. Community-engagement en corporate bijdragen zijn cruciaal.

Niettemin maken zware investeringen in ontwerptools en productieapparatuur open-source hardware een uitdagende voorstelling. Hardware-blokken moeten integreren met bestaande toolchains om de grotere complexiteit over elke ontwerplag te managen.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times.

Gerelateerde Inhoud:

• Open source GPU bouwt op RISC-V
• Open-source referentiebord target snelle medische ventilator-implementatie
• Perspectieven op Arduino's evolutie
• Waarom het Yocto-project voor mijn IoT-project?
• Open-source slimme landbouwsystemen ontwerpen

Voor meer Embedded, abonneer je op Embedded's wekelijkse e-mailnieuwsbrief.