オープンソースハードウェアはLinuxの遺産に匹敵できるか？

今年はLinuxカーネルリリース30周年の節目です。オープンソースソフトウェア運動の礎となったこのカーネルの自由に利用可能なコードは、数百の堅牢・安定・柔軟なLinuxディストリビューションを生み出し、革新と信頼性の遺産を築きました。

この成功を踏まえ、同じオープンソース哲学をハードウェアに適用できるでしょうか？ RISC-Vのような命令セットアーキテクチャ（ISA）が、Linuxがソフトウェアで果たした役割をハードウェアで果たし、オープンソースシリコンの普及の基盤になり得るでしょうか？

答えはイエスでもありノーでもあります。

RISC-Vは確かにオープン標準であり、製品構築に必要な自由、柔軟性、速度を提供します。しかし、ハードウェアは本質的により複雑で、スタックの複数レイヤーが関与するため、ソフトウェアパッケージを配布するほど単純ではありません。

この問いを探るため、RISC-Vエコシステムの主要ステークホルダー（OpenHW Group、RISC-V International、NXP Semiconductors、Andes Technology）を調査。彼らの洞察は、オープンソースソフトウェアとの類似性、ハードウェア採用の障壁、活気あるコミュニティとエコシステムの重要性を浮き彫りにしています。

品質とサポートエコシステムが不可欠

OpenHW Groupのプレジデント兼CEO、Rick O'Connor氏はRISC-VをLinuxカーネルに例えます：「RISC-V ISAは、Linux初期におけるカーネルと同じ位置づけで、他のオープンソースソフトウェアプロジェクトがそこから芽生えました。ISAはハードウェアエコシステムが成長する種なのです。」

Rick O'Connor氏

O'Connor氏は品質が依然として大きな障壁だと警告します。「大量生産SoC企業で働くなら、大学発のコアを単に採用して『本番対応済み』と宣言することはできません。」これを解決するため、OpenHW Groupは品質と信頼性を実証するオープン検証フローを提唱し、大量生産メーカーに社内開発と同等の信頼を与えます。

また、RISC-V International（ISA仕様を監督する財団）への誤解を解きます。「財団はコア開発を行う組織ではなく、命令セットアーキテクチャを定義するものです。採用は商用、オープンソース、クローズドソース、営利、非営利のいずれでもよく、多様な論理記述言語をサポートします。」

O'Connor氏はOpenHW Groupの焦点がコア設計を超えることを強調。「ヘテロジニアスクラスタコンピューティング向けの成果物を開発し、多様なSoCサイズ、異なるコアタイプ、アクセラレータ、カスタムブロックのクラスタリングを可能にします。これは、契約上の制約なしに誰でもコアを組み立てられるというRISC-Vの約束と一致します。」

ISAがすでに「イノベーションの新たなフロンティア」を開き、開発者がゼロから構築できるようになったと指摘。「我々の課題は、RISC-Vを中心に5〜6の持続可能なコアファミリを確立することです。」

Rob Oshana氏

NXP SemiconductorsのR&Dソフトウェアエンジニアリング担当VP、Rob Oshana氏は類似点を指摘：「Linuxは実際のソースコードで、数千人の開発者がLinux Kernel Archivesを通じて協調的に貢献しています。」RISC-V Internationalが仕様を所有するだけで実装ではないこと、OpenHW GroupがLinux Foundationのように無料・オープン・ロイヤリティフリーの実装と付随資料を提供してギャップを埋めていることを強調します。

仕様だけでなくコミュニティサポートが不可欠

オープンソースはコミュニティエンゲージメントで成り立ちます。「単にGitリポジトリに置いて『オープン』と呼ぶだけでは不十分です」とOshana氏。「コミュニティがプロジェクトを育み、ケアし、成長させる必要があります。」OpenHW Groupのコアが成功するのは、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の構築における集団的努力があるからだと指摘します。

Oshana氏は持続的なエンジニアリング投資とベストプラクティスを要請。「各ディストリビューションは独自になりますが、成功の鍵は信頼できるハードウェアベースツールセットと明確なメンテナ役割──Linuxのアップストリーミングプロセスに類似しています。」

Mark Himelstein氏

RISC-V InternationalのCTO、Mark Himelstein氏も同調：「Linuxの採用は技術的優位性だけでなく、コミュニティとサポートのおかげでした。RISC-Vでも、ハードウェアのLinuxになる軌道にあると信じています。」

ハードウェアはソフトウェアより複雑

ハードウェアの多層スタックが複雑性を増します。「現在のシリコン量産の95%以上が、Verilogベースのツールフローと商用検証インフラで生産・検証されています」とO'Connor氏。「採用を促すには、コアが既存の商用ツールチェーンにシームレスに統合されなければなりません。」

SoCベンダーは通常SystemVerilog Universal Verification Methodology（UVM）を採用。「新しいメソドロジーを強制しようとは思いません」とO'Connor氏。「オープンブロックのRTL採用を望むなら、馴染みのUVM環境にドロップインできる必要があります。」

シリコン製造の物理面──プロセスレシピ、ライブラリ、CADツール、GDSIIマスク、検証ソフトウェア──はすべて特許で厚く守られています。「商用企業がスタック全体をオープンソース実装で置き換えるのは現実的ではありません。」

OpenHW Groupの創設者たちは、RISC-Vコア用の独自エコシステム構築を見送り、代わりにヘテロジニアスクラスタとカスタムアクセラレータを促進するオープンハードウェアビルディングブロックを提供し、商用ツールを活用して高い信頼性を確保することを目指しています。

O'Connor氏は、オープンソースFPGAが間もなく登場し、その後オープンソースSoCが続くと予測しています。

商用視点

Andes Technologyは、商用企業がオープンソースインフラをどう統合できるかを例示します。台湾企業は複数のRISC-Vプロセッサを発表し、顧客実装を公表しています。

SK TelecomとRenesas向けコア設計に加え、Andesは最近、5G基地局チップを開発するスタートアップEdgeQが、カスタム拡張付きAndesライセンスRISC-Vコアを採用し、統合AIを備えたオープン・プログラマブル5Gプラットフォームを提供すると発表。この拡張により、EdgeQは現行ワイヤレスソリューションにない性能・機能・電力向上のための命令セット調整が可能になります。

Frankwell Lin氏

Lin氏は説明します：「RISC-Vはハードウェア記述のためのオープンソースISAであって、オープンコアではありません。企業は標準で協力し、ビジネスで競争します。」Andesが10年間の独自コア専門知識と、RISC-V開発への90%シフトをバランスさせていると付け加えます。

Lin氏は、ハードウェアには他にもオープン標準があることを指摘：Verilog、PCIe、USB、OpenCL、OpenCV、Bluetooth、Wi-Fiなど、多くは業界リーダー間で合意されています。より多くのオープンハードウェアツールが登場する中、Linuxカーネルのような財団が採用促進に必要かどうかは未解決。コミュニティエンゲージメントと企業貢献が鍵です。

それでも、設計ツールと製造装置への多額投資がオープンソースハードウェアを困難な提案にしています。ハードウェアブロックは、各設計レイヤーでのより大きな複雑性を管理するため、既存ツールチェーンと統合可能でなければなりません。

>> この記事は姉妹サイトEE Timesで最初に公開されました。

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