過去十年是由各個技術(shù)領(lǐng)域的開源創(chuàng)新所定義的。該軟件堆棧的可公開訪問性質(zhì)使開發(fā)人員社區(qū)能夠交換代碼并實現(xiàn)構(gòu)想，以在組織范圍之外構(gòu)建協(xié)作杰作。廣大社區(qū)很長一段時間都沒有意識到這一趨勢。最終，龐大的數(shù)量和質(zhì)量贏得了許多擁護者，開源成為事實上的軟件黃金標(biāo)準，但是開源硬件又如何呢？

隨著軟件的發(fā)展，硬件開發(fā)仍然處于孤立狀態(tài)，并且以公司為中心以創(chuàng)造競爭優(yōu)勢。硬件的歷史充滿了導(dǎo)致協(xié)作規(guī)范出現(xiàn)的非協(xié)作運動。有太多的例子表明，孤立的創(chuàng)新最終導(dǎo)致了市場的分散。專有性并沒有成為可持續(xù)的業(yè)務(wù)優(yōu)勢，而是成為了瓶頸，并最終導(dǎo)致了該標(biāo)準的終止。索尼BlueRay就是一個這樣的例子。

一個可能的原因可能是硬件是通過IP保護實現(xiàn)業(yè)務(wù)競爭力的源泉，因此公司希望將其保留在內(nèi)部。顯然，這種方法尚未擴展，我們目睹了硬件平臺的增長要慢得多。例如，當(dāng)精益時代出現(xiàn)時，該行業(yè)還沒有準備好，但出現(xiàn)了要求苛刻的人工智能（AI）用例?，F(xiàn)有的參與者試圖推動傳統(tǒng)的FPGA，GPU和CPU解決方案，這對于不斷發(fā)展的推理行業(yè)所需的計算而言并不理想。長期以來，Arm不斷創(chuàng)新，并提供了非常完善的指令集，但最終，它也未能跟上步伐。

這種情況最終導(dǎo)致亞馬遜和谷歌看到定制計算解決方案的潛力，因此他們開始在半導(dǎo)體上進行投資以開發(fā)推理定制處理解決方案。它為開源硬件主導(dǎo)的車輛帶來了一線希望，這將有助于縮小數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能之間的鴻溝。本文追溯了開源軟件的發(fā)展歷程，并吸取了一些教訓(xùn)，這些教訓(xùn)可以通過采用最佳實踐來幫助開源硬件趕上來。

圖1 Arm及其指令集架構(gòu)（ISA）多年來一直是知識中心。資料來源：Arm

開源秘密醬

當(dāng)開源概念在二十多年前首次出現(xiàn)時，圍繞貨幣化存在許多問題，并且隨著時間的流逝，各種模型不斷發(fā)展。如今，超過3500萬開發(fā)人員為代碼做出了貢獻，為數(shù)十億個設(shè)備提供了動力，并因此產(chǎn)生了可觀的價值。從MongoDB（79億美元）和Elastic（73億美元）的公開上市以及微軟（70億美元），IBM的RedHat（340億美元）和Salesforce的MuleSoft的大筆收購中可以明顯看出募集資金65億美元。

如今，所有大公司都在以某種形式使用開源軟件，因為它有助于創(chuàng)建優(yōu)化的軟件來解決當(dāng)前的問題。盡管計算機和電信行業(yè)是開放源代碼軟件的主要消費者，覆蓋了大約60％的軟件需求，但工業(yè)和醫(yī)療保健企業(yè)正在迅速采用。開源大大減少了開發(fā)時間，因為大多數(shù)模塊都以經(jīng)過測試和優(yōu)化的形式提供，可以集成到軟件堆棧中以解決特定問題。

開源提供了經(jīng)典的營銷課程：用戶甚至在意識到之前就已經(jīng)是客戶。當(dāng)他們意識到這一點時，他們在堆棧中使用了如此多的開源，因此最好購買許可證。從Apache孵化許可證到MongoDB，Elastic和Cockroach提供的更加商業(yè)友好的許可證，該行業(yè)已經(jīng)走了很長一段路。這樣一來，開源技術(shù)便在最初的日子里無需任何明顯的營銷手段就開創(chuàng)了免費增值的先河。

開源軟件成功的秘訣在于發(fā)現(xiàn)任何新旅程的核心問題，并讓業(yè)務(wù)模型隨著時間的流逝而出現(xiàn)。當(dāng)您解決更多重要問題時，您對源代碼的需求不斷增長，從而導(dǎo)致項目規(guī)模擴大，從而吸引了更多資金。這就是為什么開放源代碼項目的前四分之一會產(chǎn)生巨大的開發(fā)人員吸引力，而其中大多數(shù)都是免費的社區(qū)項目。

同樣重要的是要了解為什么有人會為已經(jīng)開放源代碼的代碼付費？答案在于一段時間內(nèi)的專門支持，安全修復(fù)和維護。這導(dǎo)致了針對不同行業(yè)需求水平的不同開放程度。

Linux的出現(xiàn)

如今，開放源代碼軟件在代碼大師班和業(yè)務(wù)模型方面已有了長足發(fā)展。每當(dāng)一家領(lǐng)先的公司參與開源開發(fā)時，它就會成為創(chuàng)建龐大而持久的堆棧的催化劑。

Google開創(chuàng)了各種成功案例，例如Android移動操作系統(tǒng)，TensorFlow機器學(xué)習(xí)和Kubernetes，用于部署，擴展和容器化的應(yīng)用程序管理。企業(yè)家致力于解決問題的年輕創(chuàng)業(yè)公司有幾個例子。隨著大眾對問題的關(guān)注，解決方案的規(guī)模和數(shù)量都在增加，從而帶來了業(yè)務(wù)成功的故事。

在這一增長過程中，關(guān)鍵組件是Linux的到來。它充當(dāng)可伸縮的主干，可以吸收許多不同的組件和硬件，并無縫提供高性能。無論是提供健壯的主干網(wǎng)來處理嚴格的時序要求，還是提供空間來容納處理體系結(jié)構(gòu)特定元素的不同方式，Linux都能滿足苛刻的用例，并成功交付成果。

構(gòu)建類似Linux的膠水

在關(guān)于開源軟件發(fā)展的背景下，讓我們將探索轉(zhuǎn)向開源硬件世界。并不是開源硬件沒有取得任何成功；無論硬件在哪里開源，它都會成為一個成功的故事。開源微控制器板Arduino是開源硬件如何徹底改變?nèi)藗兪褂糜布M行研究和與項目相關(guān)活動的方式的典型代表。

圖2 Arduino微控制器板證明了開源硬件的承諾。資料來源：Arduino

隨著計算世界的需求不斷增長，開源硬件的想法正在迅速獲得發(fā)展。幾個小型公司嘗試了模塊化硬件，以向客戶提供選擇以配置首選硬件模塊的選擇。這個想法令人興奮，使用戶能夠為來自不同提供商的揚聲器，攝像機和網(wǎng)絡(luò)模塊采用一流的硬件，并創(chuàng)建他們想要的任何設(shè)備。

但是這種方法未能轉(zhuǎn)化為可擴展的產(chǎn)品和消費者的廣泛采用。原因可以追溯到缺少驅(qū)動硬件代碼，而這些代碼可以使硬件模塊化真正可用。孤零零，極為緊密的開發(fā)使得幾乎不可能在最終產(chǎn)品中實現(xiàn)模塊化。隨著處理器達到違反摩爾定律的地步，對突破性創(chuàng)新的需求空前地需要，以匯集該行業(yè)的主流智慧。

當(dāng)我們看到硬件領(lǐng)域?qū)﹂_源的需求時，先驅(qū)者可以從其開源軟件弟兄那里借鑒一些經(jīng)驗教訓(xùn)。設(shè)想使用開源軟件來彌合領(lǐng)先供應(yīng)商提供的軟件中的性能差距。結(jié)果，重點從未放在用戶友好性上，而是在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中著眼于更高的可靠性和代碼性能。

Linux成為服務(wù)器的流行操作系統(tǒng)。MySQL在該領(lǐng)域僅憑架構(gòu)健壯性和模塊化方法的優(yōu)點向Oracle提出了挑戰(zhàn)，并解決了單片架構(gòu)的缺點。今天，我們看到亞馬遜幾乎將所有軟件模塊作為單獨的服務(wù)出售，這在早期的單片軟件哲學(xué)中是不可能的。

關(guān)鍵問題是，Linux等同于開源硬件嗎？挑戰(zhàn)在于硬件的復(fù)雜性，幾乎不可能構(gòu)建類似于Linux的膠水將所有硬件捆綁在一起。因此，建立民主硬件生態(tài)系統(tǒng)從未真正挑戰(zhàn)過物理，法律和經(jīng)濟障礙。在第一部分中，物理限制非常復(fù)雜，并且限制了開源硬件突圍的真正Linux等效產(chǎn)品的發(fā)展。但是，諸如無線電接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）之類的開放式硬件帶來的5G分支的出現(xiàn)表明，可以想象并創(chuàng)建它。

下一個至關(guān)重要的問題是，像RISC-V這樣的指令集體系結(jié)構(gòu)（ISA）是否可以像Linux為各種異構(gòu)組件的平穩(wěn)同化所采用的方式一樣，觸發(fā)開源硬件的泛濫。如果是這樣，阻止早期玩家建立這樣一個生態(tài)系統(tǒng)的原因很重要。

圖3 Microsemi已在其FPGA設(shè)計中實現(xiàn)了RISC-V內(nèi)核。資料來源：Microchip

長期以來，Arm充當(dāng)了知識樞紐，并帶來了最佳指導(dǎo)集，供不愿與普遍選擇聯(lián)系在一起的玩家使用。RISC-V在開源硬件領(lǐng)域提供了獨特的機會，并且在Arm可能被折疊成大型半導(dǎo)體裝置之后，有可能成為金牌標(biāo)準。

觸發(fā)大規(guī)模采用

隨后的挑戰(zhàn)在于新工具的學(xué)習(xí)曲線。在一個令人難以置信的時期內(nèi)，硬件行業(yè)尚未見證其驗證RTL代碼的方式發(fā)生巨大變化。SV-UVM是事實上的選擇，它已經(jīng)逐步發(fā)展并創(chuàng)建了一個顯著的舒適區(qū)。創(chuàng)建一個新的解決方案并期望人們樂于采用它是一項挑戰(zhàn)。該值必須顯著更大才能觸發(fā)新設(shè)計和驗證工具集的大量采用，以創(chuàng)建精美的硬件設(shè)計。

在開放源代碼硬件規(guī)范（例如PCIe，USB，OpenCL和OpenCV）中有成功的故事，但是，真正的開放源代碼硬件之路貫穿了生產(chǎn)難題。它將涉及下一代TSMC的問世，后者可以支持靈活的運輸并為RTL-verification-tapeout創(chuàng)建端到端管道，并與新的開源硬件世界保持一致。說起來容易做起來難，因為與在硬件上投入不大的軟件不同，在硬件上，每一層都以緊密耦合的方式構(gòu)建了數(shù)十年之久，為拆除開放源代碼硬件付出了巨大的代價。

現(xiàn)有工具的逐步發(fā)展可能需要一個世紀的時間才能達到業(yè)務(wù)變化的開源硬件階段。解決方案是通過已定義的路線圖，開啟不同思維和突破的新時代。除非開放源代碼硬件的先驅(qū)找到端到端問題的答案，否則采用和建立事實上的Linux替代產(chǎn)品將受到限制。對設(shè)計工具和生產(chǎn)的投資將需要通過大規(guī)模的重新技能來獲得成功，以使設(shè)計社區(qū)大規(guī)模采用新的工具鏈來創(chuàng)建敏捷的硬件開發(fā)。

編輯：hfy