可以使开源硬件与Linux相匹配’s success

今年是30岁 Linux内核发布十周年。作为开源软件运动的基础,开源代码使用免费的公共Linux发行版产生了数百个项目。结果是获得了一系列强大,稳定和灵活的产品。

鉴于其成功,是否可以将相同的方法应用于启用开源硬件?像RISC-V这样的指令集体系结构(ISA)可以像Linux内核作为开源软件的基础一样,为开源硬件的扩散创造基础吗?

答案是是和不是。

当前的RISC-V体系结构是开放的,可以作为标准配置使用,从而可以自由,灵活和快速地构建围绕它的产品。但是另一方面是,硬件更加复杂,并且堆栈中有多层,这意味着它不像运送软件包那样简单。

我们对RISC-V硬件生态系统中的利益相关者进行了投票-OpenHW Group,RISC-V International,NXP Semiconductors和Andes Technology。我们研究了与开源软件的相似性,采用开源硬件的障碍以及支持社区和生态系统的重要性。

最后,我们考虑:开源硬件对商业芯片制造商意味着什么?

质量,支持生态系统是关键

里克·奥康纳,总裁兼首席执行官 OpenHW集团,将RISC-V等同于Linux内核 O'Connor表示:“ RISC-V ISA最初确实是Linux的内核,因此其他开源软件项目和计划如雨后春笋般涌现。” 电子工程 时报。 “当然,内核是20年前在软件方面的种子,而我认为ISA在硬件方面是相同的种子。”


里克·奥康纳

尽管如此,采用开放源代码硬件仍然存在障碍。 “当然,其中之一就是质量,” O’Connor补充道。 “例如,如果您在大批量的芯片或SoC(系统级芯片)公司中工作,您就不会走进老板的办公室并将您的徽章押在您下载的该IP块上,然后说'我们基于大学的这一酷炫核心,“准备就绪”,我们应该将其放入我们的大容量SoC中。”

因此,该小组提倡开放的验证流程,“人们可以使用并查看生态系统所获得的质量和结果,然后,如果他们完全在自己的SoC上完成工作,则可以产生高容量SoC公司所期望的结果。自己的。”奥康纳说。

该小组还注意到业界对RISC-V的误解,以及RISC-V的作用。 RISC-V国际,它是监督核心ISA规范的基础。

奥康纳说:“人们一直以为基础是开发核心。” “它不是。这是关于开发一系列定义指令集体系结构的规范。然后有各种不同的采用选项:商业,开源,闭源,营利,非营利,用不同的语言编写,具体取决于您最喜欢的逻辑捕获语言是什么。”

在这方面,他强调OpenHW组不仅涉及RISC-V内核。 “我们真正专注于开发异构集群计算所需的工件,这些工件可以在不同大小的SoC中使用。将不同类型的内核,加速器以及我们需要的所有各种模块聚集在一起。”

O’Connor断言,RISC-V ISA在这里发挥了关键作用,释放了“创新的新领域”。 “通过它,任何人都可以将核心缝合在一起,而无需与任何人签署协议。下载ISA规范,我们就走了。从这个角度来看,它一直是关键的推动力。如果您回想起20年前,Linux内核的实现有很多很多,远远超过了我们今天的实现。

“我们对硬件行业的挑战是如何实现可持续发展的围绕RISC-V的五到六个核心实施系列。”


罗布·奥沙纳(Rob Oshana)

R的软件工程副总裁Rob Oshana &恩智浦半导体公司的D建议开放源代码硬件将以与开放软件相同的方式发展。 “ Linux是实际的源代码,成千上万的开发人员通过协作来使用和贡献” Linux内核档案.

RISC-V国际拥有规范,而不是实现。该规范以非常协作的方式发展,并且已经证明可以在RISC-V社区和生态系统的当前状态下工作。” Oshana说。

“由于基金会不拥有开放的实施方案,因此OpenHW Group正在通过章程来填补这一空白,以开发免费,开放,免版税的实施方案以及其他类似Linux Foundation的抵押品。”

需要:社区支持,而不仅仅是规范

随着开源从软件到硬件的扩展,对社区或合作伙伴生态系统参与的需求日益增长。 “任何开放的社区都需要养育,照顾和喂养。 把东西扔进去 吉特 并将其称为“打开”始终会失败。需要一个社区。

“ OpenHW Group的核心如果不是社区的努力来构建核心,董事会,软件和参考平台,就不会成功。”他补充说,OpenHW Group“正在利用最佳实践来使这种硬件技术也同样成功”。

Oshana认为,关键在于利用最佳实践和“以持续的速度投资实际工程技术,以使(硬件开发)成功并保持成功”。 “每种分配在某些方面都是唯一的。”

同时,开源工具不断发展。 “随着时间的推移,我们需要一套可靠的基于硬件的工具来支持这一点,” Oshana指出。他和其他人建议,开放社区的真正衡量标准是参与度。例如,一旦发布了实现,关键指标就是用户社区如何管理更改请求,错误修复等。 “这相当于Linux中的上游过程,” Oshana说。 “维护者的角色需要明确。”


马克·希默斯坦

RISC-V国际的首席技术官Mark Himelstein也加强了社区方面的工作。 “ Linux不一定是最好的操作系统,但是为什么人们采用它?因为有社区和支持。魔术是所有权的骄傲。现在,使用Linux变得轻而易举,而对于RISC-V,我认为我们是硬件的Linux。我相信RISC-V将在五到十年的时间里毫不费力地为硬件服务。”

硬件强于软件

开源硬件和软件的主要区别在于整个堆栈的复杂性。 O'Connor说:“查看当今生产中硅的绝大部分,其中超过95%的硅是在基于Verilog的工具流程和商业验证基础架构中针对该生产版本进行生产和验证的。” “因此,如果我们希望有人采用这些内核,则需要将它们轻松地融入到这种商业工具流程中。”

SoC供应商大多使用SystemVerilog通用验证方法验证环境。奥康纳说:“我们不会试图教导或说服他们使用其他方法。” “如果我们真的希望RTL采用这些开放源代码块,则它们必须能够加入该工具流程。”

尽管如此,硬件的物理特性仍然提出了软件开发人员没有面对的问题。 O'Connor指出:“从半导体晶圆厂的几何层面的物理原理出发,这是晶圆厂工艺背后的秘诀”,他引用了大型节点的工艺设计等领域的研究成果令人鼓舞。

“您已经在晶圆厂中获得了配方,最重要的库,要生产的那些CAD工具的物理层 GDSII 以及掩膜技术本身;然后是生产掩模的设备,以及用于验证设计的仿真和验证软件和工具,用于捕获和合成设计的综合工具,然后是进入这些设计的IP。”他解释说。

“该堆栈中的所有这些层都具有数十年开发的与每个层相关的深层专利组合。这些层之间的联系如此之多。因此,试图用开源实现和工具立即替换整个堆栈并不是任何商业公司都会尝试做的事情。” O’Connor指出。

OpenHW集团的创始人考虑了是否创建专门针对RISC-V内核的生态系统。他们最终决定不这样做。

奥康纳说,他们的首要目标是创建这些核心。 “但是,我们这样做是出于解决开放源代码硬件实施挑战的愿景的观点和思维方式。换句话说,可以轻松构建具有通用构建基块的异构集群,并具有使用自己的秘密工具(围绕它构建的加速器和扩展程序)对其进行定制的能力。”

这涉及在通用元素上进行协作,并在软件工具级别,硬件RTL级别甚至验证级别上定义接口点。 “那么,您的增值就是您如何修改通用的一组构建基块以添加自定义加速,构建实现自定义加速器算法的这些自定义异构集群。因此,观念是RISC-V作为ISA使我们可以开始在处理器核心级别上引人注目的通用构建基块,然后在此基础上进行构建。始终利用最佳的商业工具为实施者提供高度的信心。

“因此,IP是他们可以信任的东西。”

他预测开源FPGA将会很快出现,最终会出现SoC。

商业角度

安第斯科技 是商业公司如何插入开源基础架构的一个示例。这家台湾公司已经推出了几种基于RISC-V的处理器,并宣布了许多客户实施方案。

除了为SK Telecom和Renesas设计RISC-V内核外,Andes最近还宣布: 边缘Q ,一家开发5G基站芯片的初创公司,将使用其核心RISC-V许可证和一个Andes定制扩展来提供带有集成AI的开放式可编程5G平台。定制扩展将允许EdgeQ设计,扩展和定制自己的指令集,以实现他们认为当前无线基础架构无法满足的新颖性能,功能和功耗特性。


林富伟

“对我们而言,RISC-V是用于硬件接口或描述的开源ISA,而不是开源核心,” Andes Technology总裁Frankwell Lin说。 “在RISC-V阵营中,从公司到公司,我们都是竞争对手。我们在RISC-V标准级别上进行合作。但是,在日常业务中,我们必须相互竞争。”

安第斯(Andes)在嵌入式RISC内核以及专有ISA体系结构方面拥有十多年的经验。 Lin说:“尽管我们将90%的资源转移到RISC-V开发中,但我们仍然拥有专有核心,从事许可业务,并且两者仍然可以正常工作。”

除了RISC-V,Lin还注意到开放和行业标准硬件组件的数量在不断增长。 “在硬件上,RISC-V并不是第一个开源的软件。” Lin说,例如,Verilog硬件描述格式是开源的,主要是由EDA领导者Cadence和Synopsys之间达成的协议。

同时开放的还有硬件接口标准,例如PCIe,USB,OpenCL和OpenCV以及用于连接的蓝牙和WiFi。

随着开放式硬件工具名册的增加,一个关键的问题是是否需要类似于Linux内核的基础来刺激开源硬件的采用。与Linux一样,社区支持和单个公司的贡献也至关重要。

尽管如此,在设计工具和生产设备上的大量投资仍使开源硬件难以置信。这些障碍意味着必须轻松地将硬件模块与现有工具链集成在一起,以解决硬件设计和生产每一层的更大复杂性。

>>本文最初发布在我们的姊妹网站上, 电子工程 时报.


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