Ο όρος "Open Source" έχει πολλές έννοιες στο πλαίσιο των σχεδίων hardware: μια ανοιχτή προδιαγραφή, ανοιχτά / ελεύθερα αρχεία σχεδίασης / RTL, σχέδια με προστασία διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας / πνευματικών δικαιωμάτων που έχει λήξει, ή και σχέδια που απορρίφθηκαν όταν ο χορηγός αποφάσισε να διακόψει την υποστήριξη - αλλιώς γνωστό ως abandonware.
Ως εκ τούτου, η αξία του υλικού ανοιχτού κώδικα ποικίλλει. Πολλά αρχικά έργα υλικού ανοιχτού κώδικα ήταν μικρά, με περιορισμένο αντίκτυπο στο χώρο σχεδίασης τσιπ. Αν και δεν είναι το πρώτο έργο υλικού ανοιχτού κώδικα, πιθανώς το πιο γνωστό και αυτό που είχε τον μεγαλύτερο αντίκτυπο στη βιομηχανία είναι το RISC-V
Το RISC-V άλλαξε το παιχνίδι
Αυτή η προσπάθεια ανοιχτού κώδικα ξεκίνησε ως ακαδημαϊκό έργο στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, το ίδιο ίδρυμα που παρήγαγε και τον πρώτο επεξεργαστή υπολογιστή με μειωμένες οδηγίες (RISC) CPU: το RISC-1.
Μεταξύ των ιδρυτών της αρχιτεκτονικής ήταν ο David Patterson, ο οποίος έγραψε μια σημαντική ερευνητική εργασία για το RISC . Το RISC-1 έγινε ο επεξεργαστής Micro SPARC της Sun. Τη δεκαετία του 1980, η RISC παρουσίασε πώς θα μπορούσαν να οικοδομηθούν βιώσιμες εταιρείες γύρω από μια νέα αρχιτεκτονική επεξεργαστών.
Το RISC-V προοριζόταν αρχικά ως εργαλείο διδασκαλίας και έρευνας. Ο σχεδιασμός του σετ εντολών ήταν καθαρός, απλός, μοντέρνος, απαλλαγμένος από εμπλοκές πνευματικών δικαιωμάτων. Η ανοιχτή προσέγγιση επέτρεψε στους ερευνητές να δημιουργήσουν chips, να επεκτείνουν την αρχιτεκτονική, και να εξερευνήσουν νέες εντολές. Ήταν επίσης αρκετά απλό για τους μεταπτυχιακούς φοιτητές να σχεδιάσουν νέες λειτουργίες.
Η πανεπιστημιακή ομάδα διέθεσε το RISC ανοιχτό στο κοινό κτήμα και πολλοί άλλοι άρχισαν να το χρησιμοποιούν. Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: Πάρα πολλοι ακαδημαϊκοί και ερευνητές δημιούργησαν ένα οικοσύστημα γύρω από το RISC-V. Στη συνέχεια, η ομάδα του Μπέρκλεϋ δημιούργησε ένα ίδρυμα για να επισημοποιήσει την ανάπτυξη και να αναζητήσει την συμβολή από την κοινότητα. Η πρώτη βιομηχανική προσέγγιση πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του συνεδρίου Hot Chips το 2014 με μια επιτραπέζια οθόνη. Από τότε, το έργο έχει εξελιχθεί σε ένα διεθνές κίνημα.
Δημιουργήθηκε το ίδρυμα RISC-V International , το οποίο μετέφερε τα κεντρικά του γραφεία στη Γενεύη της Ελβετίας - συμβολικό της ουδέτερης στάσης του. Η Διευθύνουσα Σύμβουλος της RISC-V International, Calista Redmond περιγράφει το RISC-V ως μια ανοιχτή τυπική αρχιτεκτονική. Η ομάδα ισχυρίζεται επίσης ότι δεν υπάρχει συγκεκριμένη CPU ως σχεδιασμός ανοιχτού κώδικα. Αντίθετα, είναι ένα σύνολο εντολών και μια συμπεριφορική προδιαγραφή που αναπτύσσεται μέχρι ένα σημείο και στη συνέχεια παγώνει.
Το RISC-V χρησιμεύει ως δομικό στοιχείο στο οποίο οι εταιρείες μπορούν να προσθέσουν επεκτάσεις. Εναπόκειται στους υλοποιητές να αποφασίσουν να αποδεσμεύσουν ως πυρήνες CPU ανοιχτού κώδικα, να χρεώσουν τη χρήση πυρήνων ή έναν συνδυασμό και των δύο.
Το πρότυπο είναι ανοιχτό, αλλά τα σχέδια CPU που βασίζονται στο πρότυπο δεν χρειάζεται να είναι ανοιχτά ή δωρεάν. Ως παράδειγμα ανοιχτού σχεδιασμού, η Western Digital ανέπτυξε πυρήνες SweRV για εσωτερική χρήση σε ελεγκτές αποθήκευσης συστοιχιών flash. Έπειτα διέθεσε ανοιχτά τους πυρήνες. Ως εκ τούτου, το RISC-V προσφέρει ένα χαμηλό κόστος εισόδου, μια νέα, καθαρότερη αρχιτεκτονική και περισσότερη αρχιτεκτονική ευελιξία.
Μία ανησυχία είναι ο κατακερματισμός του συνόλου εντολών RISC-V, αλλά η βασική αρχιτεκτονική είναι επαρκής για τυποποιημένη ανάπτυξη λογισμικού. Το σύνολο οδηγιών μπορεί επίσης να επωφεληθεί από την ευρεία συμμετοχή της κοινότητας - υπάρχουν 50 επιτροπές που εργάζονται για διάφορες πτυχές του σχεδιασμού και του οικοσυστήματος.
Ένα άλλο πλεονέκτημα της ανοικτής προδιαγραφής RISC-V είναι η εξάλειψη της ανάγκης για άδεια χρήσης αρχιτεκτονικής, καθώς οι χρήστες δεν θα χρειάζονται άδειες για Arm ή MIPS IPσ στο σχεδιασμό του δικού τους πυρήνα CPU. Παρόλο που η Arm προσφέρει δωρεάν τους πυρήνες ανάπτυξης, οι σχεδιαστές πρέπει να εξακολουθούν να χρησιμοποιούν πυρήνες σχεδιασμένους με Arm και να πληρώνουν δικαιώματα για τις αποστολές που αποστέλλονται. Τα περισσότερα εμπορικά τσιπ εξακολουθούν να χρησιμοποιούν αδειοδοτημένους πυρήνες.
Ακόμα κι αν οι σχεδιαστές είναι πρόθυμοι να εκχωρήσουν άδεια για μια προκατασκευασμένη CPU, έχουν πολλές περισσότερες επιλογές πνευματικών δικαιωμάτων.
Για παράδειγμα, η Taiwan Andes Technology Corp. έχει αναπτύξει πυρήνες με άδεια RISC-V. Αρκετοί πρωτοπόροι της RISC ίδρυσαν τη SiFive για την ανάπτυξη αδειοδοτημένων, ανοιχτού κώδικα και προσαρμόσιμων CPU, και και το επιχειρηματικό της μοντέλο βασίζεται σε σχεδιαστικές υπηρεσίες και παρέχει IP με εμπορικά χαρακτηριστικά όπως trace, εντοπισμό σφαλμάτων και επιλογές ασφαλείας. Όπως και οι εταιρείες που επωφελούνται από διανομές Linux, συμπεριλαμβανομένων των Red Hat και SUSE, οι εταιρείες σχεδιασμού μπορούν να επωφεληθούν από το RISC-V, προσφέροντας προσαρμοσμένη και υποστηριζόμενη CPU.
Τεχνολογική Ανεξαρτησία
Η τεχνολογική ανεξαρτησία είναι ένα άλλο αναδυόμενο ζήτημα, ιδιαίτερα με την άνοδο ενός τεχνολογικού Ψυχρού Πολέμου . Στην περίπτωση του RISC-V, καμία χώρα δεν το ελέγχει . Επομένως, δεν υπάρχει τρόπος να σταματήσετε κάποιον να χρησιμοποιεί το σύνολο εντολών.
Προς το παρόν, το οικοσύστημα RISC-V έχει επίσης γίνει το επίκεντρο για άλλα σχέδια ανοιχτού κώδικα. Για παράδειγμα, μια ομάδα που ονομάζεται libreSoC αναπτύσσει μια ανοιχτή πηγή GPU με βάση το RISC-V. Ο στόχος είναι μια υβριδική CPU, VPU και GPU.
Πράγματι, το RISC-V δεν είναι το πρώτο αποθετήριο υλικού ανοιχτού κώδικα. Υπήρχε από πριν το Open Cores , ένας ιστότοπος που επέτρεπε στους προγραμματιστές να «προβάλλουν, να κατεβάζουν, να επαναχρησιμοποιούν και να μοιράζονται σχέδια gateware». Τα έργα περιελάμβαναν πραγματικά σχέδια κυκλωμάτων, αλλά τα περισσότερα ήταν πειραματικά ακαδημαϊκά έργα ή εγκαταλελειμένα από τους ιδιοκτήτες έργα και αναφέρονταν ως που αναφέρεται ως “left-over-wear” ή “abandonware.” Αυτοί οι πυρήνες δεν είχαν ισχυρή, επεκτάσιμη κοινοτική υποστήριξη και προσφέρθηκαν για χόμπι ή για ακαδημαϊκή γνώση.
Οι άλλες ανοιχτές αρχιτεκτονικές CPU που υπάρχουν περιλαμβάνουν τα IBM Power και Sun Microsystems / Oracle SPARC. Το έργο OpenSPARC ξεκίνησε το 2005. Ένας ιστότοπος διανέμει RTL για τους πυρήνες SPARC T1 / T2 που κυκλοφόρησαν με άδεια GNU General Public License . Ήταν μικροί, πολυνήματοι πυρήνες, καλοί για τον υπολογισμό της απόδοσης.
Ένας άλλος είναι ο πυρήνας CPU LEON που αναπτύχθηκε για την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος. Ο πυρήνας SPARC V8 32-bit ήταν διαθέσιμος με δύο διαφορετικές άδειες. Μόλις η Oracle ολοκλήρωσε την ανάπτυξη του SPARC, το ενδιαφέρον για την αρχιτεκτονική μειώθηκε.
Η IBM ξεκίνησε το Open Power Foundation το 2013, μαζί με την συνεργασία της Google, της Tyan, της Nvidia και της Mellanox. Ο αρχικός στόχος ήταν να προσφέρει μια εναλλακτική λύση στην κυριαρχία των επεξεργαστών της Intel σε διακομιστές και HPC. Υπήρχε όμως σημαντικός περιορισμός στο έργο: η IBM ήταν αρχικά ο μοναδικός πάροχος Power chip. Αργότερα, μια κινεζική εταιρεία, η Suzhou PowerCore, ανέπτυξε έναν επεξεργαστή Power. Το ενδιαφέρον για το έργο μειώθηκε όταν οι διακομιστές Arm και οι επεξεργαστές AMD Epyc εισήλθαν στην αγορά για να προκαλέσουν την Intel. Η ανάπτυξη συνεχίζεται, άλλα πολύ αργά.
Τον περασμένο Σεπτέμβριο, η IBM συνέβαλε τον πυρήνα του επεξεργαστή A2O Power, μια συνέχεια στον πυρήνα A2I. Το A2O είναι μια CPU 64-bit με σημαντική απόδοση ενός νήματος ικανή για ταχύτητες ρολογιού 4-GHz και βασίζεται σε διαδικασία 7-nm. Το έργο OpenPOWER προκάλεσε επίσης σχετικά σχέδια προτύπων διεπαφής, όπως OpenCAPI και OMI (Open Memory Interface).
Ωστόσο, το OpenSPARC και το OpenPOWER είχαν περιορισμένο αντίκτυπο. Παρόλο που προσφέρουν «ανοιχτή» πρόσβαση στην αρχιτεκτονική, οι εταιρείες προέλευσης ήταν αργές για να παραιτηθούν από τον έλεγχο της κοινότητας του σχεδιασμού. Τα σχέδια OpenPOWER είναι ανθεκτικά, αλλά δεν διαθέτουν πλήρη πλατφόρμα, συμπεριλαμβανομένης μονάδας κινητής υποδιαστολής. Επιπλέον, εξακολουθούν να εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την υποστήριξη της IBM.
Πιο πρόσφατα, μια πρωτοβουλία του Linux Foundation που ονομάζεται CHIPS Alliance (Common Hardware for Interfaces, Processors and Systems), προσπάθησε να δημιουργήσει ένα οικοσύστημα υλικού ανοιχτού κώδικα. Τον Δεκέμβριο, η κοινοπραξία ανακοίνωσε σχέδια για συνεργασία με την RISC-V International για την τυποποίηση για ένα ανοιχτό, ενοποιημένο memory coherency bus που στοχεύει σε εφαρμογές με μεγάλη ποσότητα δεδομένων.
Απαιτείται ποικιλομορφία
Για να είναι επιτυχής, η πνευματική ιδιοκτησία ανοιχτού κώδικα χρειάζεται μια ισχυρή, διαφορετική κοινότητα πίσω από αυτήν. Απαιτείται επίσης ένα ανοιχτό οικοσύστημα που εκτιμά τις συνεισφορές στην αρχιτεκτονική, παρέχοντας παράλληλα ένα κέντρο εκκαθάρισης για νέες εξελίξεις. Με αυτόν τον τρόπο, τα έργα ανοιχτού κώδικα μπορούν τελικά να ανταγωνιστούν με αδειοδοτημένους πυρήνες και ιδιόκτητες αρχιτεκτονικές.
Τα έργα RISC-V πληρούν τις περισσότερες από αυτές τις απαιτήσεις και, ως εκ τούτου, είναι πολλά υποσχόμενα. Το OpenPOWER έχει επίσης δυνατότητες, αλλά χρειάζεται ευρύτερη υποστήριξη για να φτάσει σε κρίσιμη μάζα για αποδοχή στην αγορά.
Ωστόσο, η μακροπρόθεσμη επιτυχία του RISC-V δεν είναι δεδομένη και ο κορυφαίος πάροχος IP στον κόσμο, η Arm, δεν πρόκειται να φύγει σύντομα. Η Arm θα μπορούσε να υποστεί σημαντικές αλλαγές στο επιχειρηματικό μοντέλο, εάν η απόκτησή της από τη Nvidia επιβιώσει από τον αντιμονοπωλιακό έλεγχο. Η Nvidia έχει δεσμευτεί μέχρι στιγμής να αφήσει ανέπαφο το επιχειρηματικό μοντέλο της Arm.
Ίσως εξακολουθεί να είναι δυνατό για την Arm να υιοθετήσει ένα μικτό μοντέλο αδειοδότησης IP, αλλά οι επεκτάσεις πιθανότατα θα περιορίζονται στους μεγάλους δικαιοδόχους αρχιτεκτονικής όπως η Apple
Εν τω μεταξύ, το RISC-V θα συνεχίσει να προσελκύει περισσότερες επενδύσεις και ταλέντα. Μεγάλο μέρος της αρχικής επιτυχίας της αρχιτεκτονικής ανοιχτού κώδικα ήταν στους μικροελεγκτές. Καθώς ανεβαίνει τη στοίβα απόδοσης σε εφαρμογές και επεξεργαστές κέντρων δεδομένων, θα πρέπει να ανταγωνιστεί με ένα παγιωμένο και εκτεταμένο οικοσύστημα Arm.
Πηγή άρθρου: https://www.eetimes.com