オープンソースハードウェアはLinuxの成功に匹敵するか

今年は30回目です Linuxカーネルのリリースの記念日。オープンソースソフトウェアの動きの基礎として機能するオープンソースコードは、無料のパブリックLinuxディストリビューションを使用して何百ものプロジェクトを生み出しました。その結果、堅牢で安定した柔軟な製品の長いリストが作成されました。

その成功を考えると、同じアプローチをオープンソースハードウェアの採用を可能にするために適用できますか？ Linuxカーネルがオープンソースソフトウェアの基盤として機能したのと同じように、RISC-Vのような命令セットアーキテクチャ（ISA）は、オープンソースハードウェアの普及の基盤を作ることができますか？

答えは「はい」と「いいえ」の両方です。

現在のアーキテクチャであるRISC-Vはオープンであり、標準として利用可能であり、その周りに製品を構築する際の自由、柔軟性、およびスピードを可能にします。ただし、逆に、ハードウェアはより複雑であり、スタックに複数のレイヤーがあるため、ソフトウェアパッケージを出荷するほど簡単ではありません。

RISC-Vハードウェアエコシステムの利害関係者（OpenHWグループ、RISC-Vインターナショナル、NXPセミコンダクターズ、アンデステクノロジー）にアンケートを実施しました。オープンソースソフトウェアとの類似点、オープンソースハードウェアの採用に対する障壁、サポートコミュニティとエコシステムの重要性を検証します。

最後に、次のことを検討します。オープンソースハードウェアは、商用チップメーカーにとってどのような意味がありますか？

品質、サポートエコシステムが重要です

OpenHWグループの社長兼CEOであるRickO'Connorは、RISC-VをLinuxカーネルと同一視しています。結果」とオコナーは EEタイムズに語った 。 「確かに、カーネルは20年前のソフトウェア側のシードであり、ISAはハードウェア側の同じシードだと思います。」

リックオコナー

それでも、オープンソースハードウェアを採用する際の参入には障壁が残っています。 「確かに、そのうちの1つは品質です」とO’Connor氏は付け加えました。 「たとえば、大量のチップまたはSoC [システムオンチップ]企業で働いている場合、上司のオフィスに足を踏み入れて、ダウンロードしたこのIPブロックにバッジを賭けて「私たち大学のこのクールなコアに基づいて「準備ができている」ので、大量のSoCに配置する必要があります。」

したがって、このグループは、「人々がエコシステムが達成した品質と結果を使用して確認できるオープンな検証フローを提唱し、[その後]大規模なSoC企業が完全に自分たちでそれを行った場合に期待されるものを生み出します。自分のものだ」とオコナーは言った。

このグループは、RISC-Vに関する業界の誤解と、コアISA仕様を監督する基盤であるRISC-Vインターナショナルの役割にも注目しています。

「人々は常に、基盤はコアの開発にあると考えていました」とオコナー氏は述べています。 "そうではありません。命令セットアーキテクチャを定義する一連の仕様を開発することです。そして、さまざまな採用オプションがあります。商用、オープンソース、クローズドソース、営利目的、非営利目的、お気に入りのロジックキャプチャ言語に応じて、さまざまな言語で書かれています。」

その点で、彼はOpenHWグループがRISC-Vコアだけではないことを強調しました。 「私たちが本当に焦点を当てているのは、さまざまなサイズのSoCで使用できる異種クラスターコンピューティングに必要なアーティファクトを開発することです。さまざまなタイプのコア、アクセラレータ、および必要なすべてのさまざまなブロックをクラスタリングします。」

ここでRISC-VISAが重要な役割を果たし、「イノベーションの新たなフロンティア」を解き放ちました、とO’Connorは主張します。 「誰もがコアをつなぎ合わせることができるようになりました。誰とでも署名する必要はありません。 ISAの仕様をダウンロードすれば、すぐに利用できます。その観点から、それは重要なイネーブラーでした。 20年前に思いを馳せてみると、Linuxカーネルには、現在よりもはるかに多くの実装がありました。

「ハードウェア業界にとっての私たちの課題は、持続可能となるRISC-V周辺のコア実装の5つまたは6つのファミリにどのように到達するかです。」

ロブオシャナ

NXPセミコンダクターズのR＆Dのソフトウェアエンジニアリング担当バイスプレジデントであるRob Oshanaは、オープンソースハードウェアはオープンソフトウェアとほぼ同じように進化するだろうと示唆しています。 「Linuxは、何千人もの開発者が共同で使用し、貢献している実際のソースコードです」Linuxカーネルアーカイブを介して。

「RISC-VInternationalは、実装ではなく仕様を所有しています。この仕様は非常に協調的な方法で進化し、RISC-Vコミュニティとエコシステムの現在の状態を考えると機能することが証明されています」とOshana氏は述べています。

「Foundationはオープンな実装を所有していないため、OpenHW Groupは、無料でオープンなロイヤリティフリーの実装と、LinuxFoundationのような他の販促素材を開発するための憲章でその空白を埋めています。」

必要：仕様だけでなく、コミュニティのサポート

ソフトウェアからハードウェアへのオープンソースの拡大に伴い、コミュニティまたはパートナーのエコシステムへの関与の必要性が高まっています。 「オープンなコミュニティには、育成、ケア、給餌が必要です。何かをGitに投げ込み、それを「オープン」と呼ぶことは常に失敗します。コミュニティが必要です」とオシャナは主張しました。

「OpenHWグループのコアは、コア、ボード、ソフトウェア、リファレンスプラットフォームを構築するためのコミュニティの努力がなければ、成功しませんでした。」 OpenHW Groupは、「このハードウェアテクノロジーも成功させるために、ベストプラクティスを活用しています」と彼は付け加えました。

重要なのは、ベストプラクティスを活用し、「[ハードウェア開発]を成功させ、維持するために、実際のエンジニアリングを持続的に投資することです」とOshana氏は主張しました。 「各ディストリビューションは、いくつかの点で一意になります。」

一方、オープンソースツールは進化を続けています。 「これを長期にわたってサポートするには、信頼性の高いハードウェアベースのツールのセットが必要です」とOshana氏は述べています。彼と他の人々は、オープンコミュニティの真の尺度は関与のレベルであると示唆しています。たとえば、実装がリリースされた後の重要な指標は、ユーザーコミュニティが変更要求やバグ修正などをどのように管理するかです。 「これはLinuxのアップストリームプロセスに相当します」とOshana氏は述べています。 「メンテナの役割を明確にする必要があります。」

マークヒメルスタイン

このコミュニティの側面は、RISC-VInternationalの最高技術責任者であるMarkHimelsteinによっても強化されています。 「Linuxは必ずしも最高のOSではありませんでしたが、なぜ人々はそれを採用したのでしょうか。コミュニティとサポートがあるからです。魔法は所有権の誇りでした。 Linuxを使用するのは今では簡単です。RISC-Vを使用すれば、私たちはハードウェアのLinuxだと思います。 5年から10年後には、RISC-Vも同様にハードウェアにとって簡単なことになると思います。」

ソフトウェアよりもタフなハードウェア

オープンソースのハードウェアとソフトウェアは、主にスタック全体の複雑さの点で異なります。 「現在生産されているシリコンの量の大部分を見てください。その量の95％以上が、その生産リリースのVerilogベースのツールフローおよび商用検証インフラストラクチャで生産および検証されました」とO’Connor氏は述べています。 「したがって、誰かにコアを採用してもらいたい場合は、それらをその商用ツールフローに簡単に組み込む必要があります。」

SoCベンダーは、主にSystemVerilog Universal VerificationMethodology検証環境を使用しています。 「私たちは、彼らに何か違うものを使うように教えたり説得したりしようとはしません」とオコナーは言いました。 「これらのオープンソースブロックのRTL採用が本当に必要な場合は、そのツールフローにドロップできる必要があります。」

それでも、ハードウェアの物理学には、ソフトウェア開発者が直面していない問題があります。 「半導体ファブのジオメトリレベルでの物理学から、そのファブプロセスの背後にあるレシピ」と、より大きなノードでのプロセス設計などの分野での作業を奨励していると述べているO’Connor氏は述べています。

「ファブにはレシピがあり、その上にライブラリがあり、GDSIIを生成するためのCADツールの物理層とマスクテクノロジー自体があります。次に、マスクを作成するための機器、設計の検証に使用するシミュレーションおよび検証ソフトウェアとツール、設計のキャプチャと合成に使用する合成ツール、そしてそれらの設計に組み込まれるIP」と彼は説明しました。

「そのスタック内のすべてのレイヤーには、数十年にわたって開発された、すべてのレイヤーに関連付けられた深い特許ポートフォリオがあります。そして、これらの各レイヤーの間には非常に多くのつながりがあります。したがって、スタック全体をオープンソースの実装とツールに置き換えようとすることは、商業会社がやろうとしていることではありません」とオコナー氏は述べています。

OpenHWグループの創設者は、特にRISC-Vコアを対象としたエコシステムを作成するかどうかを検討しました。彼らは最終的にそうしないことに決めました。

オコナー氏は、彼らの最初の目標はそれらのコアを作成することであると述べました。 「しかし、私たちはオープンソースハードウェア実装の課題を解決することに関するビジョンの見方と考え方でそれを行っています。言い換えれば、共通のビルディングブロックを使用して異種クラスターを簡単に構築できるようにし、独自のシークレットソース（その周りに構築されたアクセラレーターと拡張機能）を使用してクラスターを調整できるようにします。」

これには、共通の要素でのコラボレーションと、ソフトウェアツールレベル、ハードウェアRTLレベル、さらには検証レベルでのインターフェイスポイントの定義が含まれます。 「付加価値は、その一般的なビルディングブロックのセットを変更してカスタムアクセラレーションを追加し、シークレットアクセラレータアルゴリズムを実装するこれらのカスタム異種クラスターを構築する方法です。したがって、ISAとしてのRISC-Vを使用すると、プロセッサコアレベルで魅力的な一般的なビルディングブロックを開始し、それを基に構築できるという概念があります。常に最高の商用ツールを活用して、実装者に高い信頼を提供します。

「つまり、IPは彼らが信頼できるものです。」

彼は、オープンソースFPGAがまもなく登場し、最終的にはSoCになると予測しています。

商業的観点

Andes Technologyは、商業会社がオープンソースインフラストラクチャにプラグインする方法の一例です。台湾の会社は、いくつかのRISC-Vベースのプロセッサを発売し、多数の顧客実装が発表されました。

アンデスは最近、SK Telecomとルネサス向けのRISC-Vコアの設計に加えて、5G基地局チップを開発するスタートアップであるEdgeQが、アンデスのカスタム拡張機能を備えたコアRISC-Vライセンスを使用して、オープンでプログラム可能なものを提供すると発表しました。 AIが統合された5Gプラットフォーム。カスタム拡張により、EdgeQは独自の命令セットを設計、拡張、およびカスタマイズして、現在のワイヤレスインフラストラクチャでは満たされていないという新しいパフォーマンス、機能、および電力プロファイルを実現できます。

フランクウェルリン

「私たちにとってRISC-Vは、ハードウェアインターフェイスまたは記述用のオープンソースISAであり、オープンソースコアではありません」と、AndesTechnologyの社長であるFrankwellLinは述べています。 「RISC-Vキャンプでは、企業から企業へと、私たちは競争相手です。 RISC-V規格のレベルで協力します。しかし、日常業務では、互いに競争する必要があります。」

Andesは、組み込みRISCコアと独自のISAアーキテクチャに関する10年の経験を売り込んでいます。 「リソースの90％をRISC-V開発に移しましたが、独自のコアを持ち、ライセンスビジネスを行っており、どちらも引き続き機能します」とLin氏は述べています。

RISC-Vに加えて、Linは、オープンで業界標準のハードウェアコンポーネントの量が増えていることを指摘しました。 「ハードウェアでは、RISC-Vはオープンソースである最初のものではありません。」たとえば、Verilogハードウェア記述形式はオープンソースであり、主にEDAリーダーのCadenceとSynopsysの間の合意によるものです。

また、PCIe、USB、OpenCL、OpenCVなどのハードウェアインターフェイス規格や、接続用のBluetoothとWiFiも公開されています。

オープンハードウェアツールの名簿が増えるにつれ、重要な問題は、オープンソースハードウェアの採用を促進するためにLinuxカーネルに似た基盤が必要かどうかということです。 Linuxと同様に、コミュニティのサポートと個々の企業の貢献は非常に重要です。

それでも、設計ツールと生産設備への多額の投資により、オープンソースハードウェアの販売は困難になっています。これらのハードルは、ハードウェアの設計と製造の各層ではるかに複雑になることに対処するために、ハードウェアブロックを既存のツールチェーンと簡単に統合する必要があることを意味します。

>>この記事はもともと姉妹サイトのEETimes。

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