Dapatkah perangkat keras open source menyamai kesuksesan Linux
Tahun ini menandai ke-30
peringatan rilis kernel Linux. Melayani sebagai dasar dari gerakan perangkat lunak sumber terbuka, kode sumber terbuka melahirkan ratusan proyek menggunakan distribusi Linux publik gratis. Hasilnya adalah daftar panjang produk yang kuat, stabil, dan fleksibel.
Mengingat keberhasilannya, dapatkah pendekatan yang sama diterapkan untuk memungkinkan adopsi perangkat keras sumber terbuka? Dapatkah arsitektur set instruksi (ISA) seperti RISC-V membuat dasar untuk proliferasi perangkat keras sumber terbuka dengan cara yang sama seperti kernel Linux yang berfungsi sebagai dasar untuk perangkat lunak sumber terbuka?
Jawabannya adalah ya dan tidak.
Arsitektur saat ini, RISC-V terbuka dan tersedia sebagai standar, memungkinkan kebebasan, fleksibilitas, dan kecepatan dalam membangun produk di sekitarnya. Namun sisi sebaliknya adalah bahwa perangkat keras lebih kompleks, dan dengan banyak lapisan dalam tumpukan, ini berarti tidak semudah mengirimkan paket perangkat lunak.
Kami melakukan polling kepada pemangku kepentingan di ekosistem perangkat keras RISC-V — OpenHW Group, RISC-V International, NXP Semiconductors, dan Andes Technology. Kami memeriksa kesamaan dengan perangkat lunak sumber terbuka, hambatan untuk mengadopsi perangkat keras sumber terbuka, dan pentingnya komunitas dan ekosistem pendukung.
Terakhir, kami mempertimbangkan:Apa arti perangkat keras sumber terbuka bagi pembuat chip komersial?
Kualitas, ekosistem pendukung adalah kuncinya
Rick O'Connor, presiden dan CEO OpenHW Group, menyamakan RISC-V dengan kernel Linux “RISC-V ISA benar-benar merupakan kernel untuk Linux pada awalnya, dan proyek serta inisiatif perangkat lunak open source lainnya bermunculan sebagai hasilnya,” kata O'Connor kepada EE Times . “Tentu saja, kernel adalah benih di sisi perangkat lunak 20 tahun yang lalu, dan ISA adalah benih yang sama, menurut saya, di sisi perangkat keras.”
Rick O'Connor
Namun, masih ada hambatan untuk masuk dalam mengadopsi perangkat keras open source. “Tentu saja, salah satunya adalah kualitas,” tambah O'Connor. “Misalnya, jika Anda bekerja di chip volume tinggi atau perusahaan SoC [system-on-chip], Anda tidak akan masuk ke kantor bos Anda dan mempertaruhkan lencana Anda di blok IP yang Anda unduh dan mengatakan 'Kami 'siap digunakan' berdasarkan inti keren dari universitas ini, dan kami harus memasukkannya ke dalam SoC volume tinggi kami.'”
Oleh karena itu, grup ini menganjurkan aliran verifikasi terbuka “agar orang dapat menggunakan dan melihat kualitas dan hasil yang telah dicapai ekosistem, [kemudian] menghasilkan apa yang diharapkan oleh perusahaan SoC bervolume tinggi jika mereka melakukannya sepenuhnya pada diri mereka sendiri. sendiri,” kata O'Connor.
Kelompok ini juga mencatat kesalahpahaman industri tentang RISC-V dan peran RISC-V International, yayasan yang mengawasi spesifikasi inti ISA.
“Orang-orang selalu berpikir bahwa fondasinya adalah tentang mengembangkan inti,” kata O'Connor. "Ini bukan. Ini tentang mengembangkan serangkaian spesifikasi yang mendefinisikan arsitektur set instruksi. Dan kemudian ada berbagai macam opsi adopsi yang berbeda:komersial, open source, closed source, untuk keuntungan, nonprofit, ditulis dalam bahasa yang berbeda, tergantung pada apa bahasa penangkapan logika favorit Anda.”
Dalam hal itu, ia menekankan bahwa OpenHW Group bukan hanya tentang inti RISC-V. “Apa yang benar-benar kami fokuskan adalah mengembangkan artefak yang diperlukan untuk komputasi klaster heterogen yang dapat digunakan dalam berbagai ukuran SoC. Mengelompokkan berbagai jenis inti, akselerator, dan semua berbagai blok yang kita butuhkan.”
Di sinilah RISC-V ISA memainkan peran kunci, melepaskan "batas baru dalam inovasi," tegas O'Connor. “Itu membuatnya dapat diakses oleh siapa saja untuk menyatukan inti, tidak ada perjanjian untuk ditandatangani dengan siapa pun. Unduh spesifikasi ISA dan pergilah. Dari sudut pandang itu, ini adalah kunci yang memungkinkan. Jika Anda mengingat kembali 20 tahun yang lalu, ada banyak, banyak, implementasi kernel Linux—jauh lebih banyak daripada yang kita miliki saat ini.
“Tantangan kami untuk industri perangkat keras adalah bagaimana kami mencapai lima atau enam keluarga implementasi inti di sekitar RISC-V yang akan berkelanjutan.”
Rob Oshana
Rob Oshana, wakil presiden rekayasa perangkat lunak untuk R&D di NXP Semiconductors, menyarankan perangkat keras open source akan berkembang dengan cara yang sama seperti perangkat lunak terbuka. “Linux adalah kode sumber aktual yang digunakan dan dikontribusikan oleh ribuan pengembang secara kolaboratif” melalui Arsip Kernel Linux.
“RISC-V International memiliki spesifikasi, bukan implementasi. Spesifikasi ini berkembang dengan cara yang sangat kolaboratif dan telah terbukti berhasil dengan kondisi komunitas dan ekosistem RISC-V saat ini,” kata Oshana.
“Karena yayasan tidak memiliki implementasi terbuka, OpenHW Group mengisi kekosongan itu dengan piagam untuk mengembangkan implementasi yang bebas, terbuka, bebas royalti, ditambah jaminan lain seperti Linux Foundation.”
Diperlukan:Dukungan komunitas, bukan hanya spesifikasi
Dengan perluasan open source dari perangkat lunak ke perangkat keras, ada kebutuhan yang meningkat untuk keterlibatan komunitas atau ekosistem mitra. “Setiap komunitas terbuka membutuhkan pengasuhan, perawatan, dan pemberian makan. Melempar sesuatu ke dalam Git dan menyebutnya 'terbuka' selalu gagal. Komunitas dibutuhkan,” bantah Oshana.
“Inti OpenHW Group tidak akan berhasil jika bukan karena upaya komunitas untuk membangun inti, papan, perangkat lunak, platform referensi.” OpenHW Group “memanfaatkan praktik terbaik untuk membuat teknologi perangkat keras ini juga berhasil,” tambahnya.
Kuncinya adalah memanfaatkan praktik terbaik dan “menginvestasikan rekayasa nyata pada tingkat yang berkelanjutan untuk membuat dan menjaga [pengembangan perangkat keras] sukses,” bantah Oshana. “Setiap distribusi akan unik dalam beberapa hal.”
Sementara itu, alat open source terus berkembang. “Kami membutuhkan seperangkat alat berbasis perangkat keras yang andal untuk mendukung ini dari waktu ke waktu,” kata Oshana. Dia dan yang lainnya menyarankan ukuran sebenarnya dari komunitas terbuka adalah tingkat keterlibatan. Misalnya, setelah implementasi dirilis, metrik utama adalah bagaimana komunitas pengguna mengelola permintaan perubahan, perbaikan bug, dan sejenisnya. “Ini setara dengan proses upstreaming di Linux,” kata Oshana. “Peran pengelola harus jelas.”
Mark Himelstein
Aspek komunitas ini juga diperkuat oleh Mark Himelstein, chief technology officer di RISC-V International. “Linux belum tentu OS terbaik, tetapi mengapa orang mengadopsinya? Karena ada komunitas dan dukungan. Keajaiban adalah kebanggaan kepemilikan. Sekarang tidak perlu repot untuk menggunakan Linux, dan dengan RISC-V, saya pikir kami adalah Linux dari perangkat keras. Saya yakin dalam waktu lima hingga sepuluh tahun ke depan RISC-V juga akan menjadi yang terbaik untuk perangkat keras.”
Perangkat keras lebih tangguh daripada perangkat lunak
Perangkat keras dan perangkat lunak open source berbeda terutama dalam hal kompleksitas di seluruh tumpukan. “Lihatlah sebagian besar volume silikon yang diproduksi saat ini—lebih dari 95 persen volume itu diproduksi dan diverifikasi dalam aliran alat berbasis Verilog dan infrastruktur verifikasi komersial untuk rilis produksi itu,” kata O'Connor. “Jadi, jika kita ingin seseorang mengadopsi inti, inti tersebut harus dengan mudah digabungkan ke dalam aliran alat komersial tersebut.”
Vendor SoC kebanyakan menggunakan lingkungan verifikasi SystemVerilog Universal Verification Methodology. “Kami tidak akan mencoba mengajar atau meyakinkan mereka untuk menggunakan sesuatu yang berbeda,” kata O'Connor. “Jika kita benar-benar menginginkan adopsi RTL dari blok sumber terbuka ini, mereka harus dapat masuk ke dalam alur alat itu.”
Namun, fisika perangkat keras menghadirkan masalah yang tidak dihadapi oleh pengembang perangkat lunak. “Langsung dari fisika pada tingkat geometri di fab semikonduktor, resep di balik proses hebat itu,” catat O'Connor, yang menyebut pekerjaan di area seperti desain proses pada node yang lebih besar sebagai hal yang menggembirakan.
“Anda punya resep di luar biasa, perpustakaan di atas itu, lapisan fisik alat CAD itu untuk menghasilkan GDSII dan teknologi topeng itu sendiri; dan kemudian peralatan untuk memproduksi topeng, dan perangkat lunak dan alat simulasi dan verifikasi yang Anda gunakan untuk memvalidasi desain Anda, alat sintesis yang Anda gunakan untuk menangkap dan mensintesis desain Anda, dan kemudian IP yang masuk ke dalam desain tersebut,” jelasnya.
“Semua lapisan dalam tumpukan itu memiliki portofolio paten mendalam yang terkait dengan setiap lapisan, yang dikembangkan selama beberapa dekade. Dan ada begitu banyak keterkaitan antara masing-masing lapisan itu. Jadi, mencoba mengganti seluruh tumpukan langsung dari gerbang dengan implementasi dan alat open source bukanlah sesuatu yang akan coba dilakukan oleh perusahaan komersial mana pun, ”kata O'Connor.
Pendiri Grup OpenHW mempertimbangkan apakah akan membuat ekosistem yang dirancang khusus untuk inti RISC-V. Mereka akhirnya memutuskan untuk tidak melakukannya.
O'Connor mengatakan tujuan pertama mereka adalah membuat inti tersebut. “Tetapi kami melakukannya dengan pandangan dan pola pikir visi seputar pemecahan tantangan implementasi perangkat keras open source. Dengan kata lain, buatlah cluster yang heterogen dengan blok penyusun umum menjadi mudah, dan kemampuan Anda untuk menyesuaikannya dengan saus rahasia Anda sendiri—akselerator dan ekstensi yang dibangun di sekitarnya.”
Itu melibatkan kolaborasi pada elemen umum dan mendefinisikan titik antarmuka di tingkat perangkat lunak, di tingkat RTL perangkat keras, dan bahkan di tingkat verifikasi. “Nilai tambah Anda adalah bagaimana Anda memodifikasi kumpulan blok bangunan umum itu untuk menambahkan akselerasi khusus, membangun kluster heterogen khusus ini yang mengimplementasikan algoritme akselerator rahasia Anda. Jadi, gagasannya adalah bahwa RISC-V sebagai ISA memungkinkan kita memulai blok pembangun umum yang menarik di tingkat inti prosesor, dan kemudian membangunnya. Sambil memanfaatkan alat komersial terbaik untuk memberikan kepercayaan diri yang tinggi kepada para pelaksana.
“Jadi, IP adalah sesuatu yang bisa mereka percaya.”
Dia memprediksi FPGA open source akan segera muncul, dan akhirnya SoC.
Perspektif komersial
Andes Technology adalah contoh bagaimana perusahaan komersial terhubung ke infrastruktur open source. Perusahaan Taiwan telah meluncurkan beberapa prosesor berbasis RISC-V, dengan sejumlah implementasi pelanggan yang diumumkan.
Selain mendesain dalam inti RISC-V untuk SK Telecom dan Renesas, Andes baru-baru ini mengumumkan bahwa EdgeQ, perusahaan rintisan yang mengembangkan chip stasiun pangkalan 5G, akan menggunakan lisensi inti RISC-V dengan ekstensi kustom Andes untuk menghadirkan aplikasi yang terbuka dan dapat diprogram. Platform 5G dengan AI terintegrasi. Ekstensi kustom akan memungkinkan EdgeQ untuk merancang, memperluas, dan menyesuaikan set instruksi mereka sendiri untuk mencapai kinerja baru, fitur dan profil daya yang mereka klaim tidak terpenuhi oleh infrastruktur nirkabel saat ini.
Frankwell Lin
“RISC-V bagi kami adalah ISA open source untuk antarmuka atau deskripsi perangkat keras, bukan inti open source,” kata Frankwell Lin, presiden Andes Technology. “Di kubu RISC-V, dari perusahaan ke perusahaan, kami adalah pesaing. Kami bekerja sama pada tingkat standar RISC-V. Namun, dalam bisnis sehari-hari, kita harus bersaing satu sama lain.”
Andes memuji pengalaman satu dekade dengan inti RISC tertanam serta arsitektur ISA berpemilik. “Meskipun kami memindahkan 90 persen sumber daya kami ke pengembangan RISC-V, kami masih memiliki inti kepemilikan kami, melakukan bisnis lisensi, dan keduanya masih berfungsi,” kata Lin.
Selain RISC-V, Lin mencatat pertumbuhan jumlah komponen perangkat keras standar terbuka dan industri. “Dalam perangkat keras, RISC-V bukanlah yang pertama menjadi open source.” Misalnya, format deskripsi perangkat keras Verilog adalah open source, sebagian besar berdasarkan kesepakatan antara pemimpin EDA Cadence dan Synopsys, kata Lin.
Juga terbuka standar antarmuka perangkat keras seperti PCIe, USB, OpenCL dan OpenCV serta Bluetooth dan WiFi untuk konektivitas.
Seiring bertambahnya daftar alat perangkat keras terbuka, pertanyaan kuncinya adalah apakah fondasi yang mirip dengan kernel Linux diperlukan untuk memacu adopsi perangkat keras sumber terbuka. Seperti halnya Linux, dukungan komunitas dan kontribusi individu perusahaan sangat penting.
Namun, investasi besar dalam alat desain dan peralatan produksi membuat perangkat keras open source sulit dijual. Rintangan tersebut berarti blok perangkat keras harus mudah diintegrasikan dengan rantai alat yang ada untuk mengatasi kompleksitas yang jauh lebih besar di setiap lapisan desain dan produksi perangkat keras.
>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, EE Times.
Konten Terkait:
GPU open source dibangun di atas RISC-V
Papan referensi sumber terbuka menargetkan penyebaran ventilator medis yang cepat
Perspektif tentang evolusi Arduino
Mengapa Proyek Yocto untuk Proyek IoT saya?
Merancang sistem pertanian pintar sumber terbuka
Untuk lebih banyak Tertanam, berlangganan buletin email mingguan Tertanam.
