¿Puede el hardware de código abierto igualar el éxito de Linux

Este año marca el 30 ^th aniversario del lanzamiento del kernel de Linux. Sirviendo como la base del movimiento del software de código abierto, el código de fuente abierta generó cientos de proyectos utilizando distribuciones públicas de Linux gratuitas. El resultado ha sido una larga lista de productos robustos, estables y flexibles.

Dado su éxito, ¿se puede aplicar el mismo enfoque para permitir la adopción de hardware de código abierto? ¿Puede una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) como RISC-V crear la base para la proliferación de hardware de código abierto de la misma manera que el kernel de Linux sirvió como base para el software de código abierto?

La respuesta es sí y no.

La arquitectura del momento, RISC-V es abierta y está disponible como estándar, lo que permite libertad, flexibilidad y velocidad en la construcción de productos a su alrededor. Pero la otra cara es que el hardware es más complejo y, con varias capas en la pila, esto significa que no es tan simple como enviar un paquete de software.

Encuestamos a las partes interesadas en el ecosistema de hardware RISC-V:OpenHW Group, RISC-V International, NXP Semiconductors y Andes Technology. Examinamos las similitudes con el software de código abierto, las barreras para la adopción de hardware de código abierto y la importancia de una comunidad y un ecosistema de soporte.

Finalmente, consideramos:¿Qué significa el hardware de código abierto para los fabricantes de chips comerciales?

La calidad, el ecosistema de soporte son clave

Rick O'Connor, presidente y CEO de OpenHW Group, equipara RISC-V con el kernel de Linux “El RISC-V ISA es realmente lo que era el kernel para Linux al principio, y otros proyectos e iniciativas de software de código abierto surgieron como un resultado ", dijo O'Connor a EE Times . "Ciertamente, el kernel fue la semilla en el lado del software hace 20 años, y la ISA es la misma semilla, creo, en el lado del hardware".

Rick O’Connor

Aún así, siguen existiendo barreras para la entrada en la adopción de hardware de código abierto. "Ciertamente, uno de ellos es la calidad", agregó O'Connor. “Por ejemplo, si trabaja en una empresa de gran volumen de chips o SoC [system-on-chip], no entrará en la oficina de su jefe y apostará su insignia en este bloque de IP que descargó y dirá 'Nosotros 'estamos listos para usar' basado en este núcleo genial de una universidad, y deberíamos ponerlo en nuestro SoC de alto volumen '”.

Por lo tanto, el grupo aboga por un flujo de verificación abierto “que las personas puedan usar y ver la calidad y los resultados que ha logrado el ecosistema, [luego] producir lo que esperaría una empresa de SoC de alto volumen si lo estuvieran haciendo totalmente en su propio ", dijo O'Connor.

El grupo también señala conceptos erróneos de la industria sobre RISC-V y el papel de RISC-V International, la base que supervisa la especificación básica de ISA.

"La gente siempre pensó que la base era desarrollar núcleos", dijo O'Connor. "No es. Se trata de desarrollar una serie de especificaciones que definan la arquitectura del conjunto de instrucciones. Y luego hay todo tipo de diferentes opciones de adopción:comercial, de código abierto, de código cerrado, con fines de lucro, sin fines de lucro, escrito en diferentes idiomas, según cuál sea su lenguaje de captura de lógica favorito ".

En ese sentido, enfatizó que OpenHW Group no se trata solo de núcleos RISC-V. “En lo que estamos realmente enfocados es en desarrollar los artefactos necesarios para la computación en clúster heterogénea que se puede usar en diferentes tamaños de SoC. Agrupar diferentes tipos de núcleos, aceleradores y todos los distintos bloques que necesitamos ".

Aquí es donde el RISC-V ISA ha jugado un papel clave, desatando "una nueva frontera en innovación", afirma O'Connor. “Ha hecho que sea accesible para que cualquiera pueda unir un núcleo, no hay acuerdos que firmar con nadie. Descargue las especificaciones ISA y listo. Desde ese punto de vista, ha sido un factor clave. Si recuerda hace 20 años, hubo muchas, muchas implementaciones del kernel de Linux, muchas más de las que tenemos hoy.

“Nuestro desafío para la industria del hardware es cómo llegar a las cinco o seis familias de implementaciones de núcleos alrededor de RISC-V que serán sostenibles”.

Rob Oshana

Rob Oshana, vicepresidente de ingeniería de software para I + D en NXP Semiconductors, sugiere que el hardware de código abierto evolucionará de la misma manera que el software abierto. "Linux es un código fuente real que miles de desarrolladores utilizan y al que contribuyen de forma colaborativa" a través de los archivos del kernel de Linux.

“RISC-V International posee una especificación, no una implementación. Esta especificación evolucionó de una manera muy colaborativa y se ha demostrado que funciona dado el estado actual de la comunidad y el ecosistema RISC-V ", dijo Oshana.

“Debido a que la fundación no posee una implementación abierta, OpenHW Group está llenando ese vacío con el estatuto para desarrollar implementaciones libres, abiertas y libres de regalías, además de otras garantías como la Fundación Linux”.

Necesario:asistencia de la comunidad, no solo una especificación

Con la expansión del código abierto del software al hardware, existe una creciente necesidad de participación de la comunidad o del ecosistema de socios. “Cualquier comunidad abierta requiere cuidados, cuidados y alimentación. Lanzar algo en un Git y llamarlo "abierto" siempre falla. Se necesita una comunidad ”, argumentó Oshana.

"Los núcleos de OpenHW Group no tendrían éxito si no fuera por los esfuerzos de la comunidad para construir núcleos, tableros, software, plataformas de referencia". OpenHW Group "está aprovechando las mejores prácticas para que esta tecnología de hardware también sea exitosa", agregó.

La clave es aprovechar las mejores prácticas e “invertir en ingeniería real a un ritmo sostenido para lograr y mantener el éxito [del desarrollo de hardware]”, argumentó Oshana. "Cada distribución será única de alguna manera".

Mientras tanto, las herramientas de código abierto continúan evolucionando. "Necesitamos un conjunto confiable de herramientas basadas en hardware para respaldar esto a lo largo del tiempo", señaló Oshana. Él y otros sugieren que la verdadera medida de una comunidad abierta es el nivel de participación. Por ejemplo, una vez que se lanza una implementación, una métrica clave es cómo la comunidad de usuarios gestiona las solicitudes de cambio, la corrección de errores y similares. “Este es el equivalente al proceso de upstreaming en Linux”, dijo Oshana. "El papel del mantenedor debe quedar claro".

Mark Himelstein

Este aspecto comunitario también es reforzado por Mark Himelstein, director de tecnología de RISC-V International. “Linux no era necesariamente el mejor sistema operativo, pero ¿por qué la gente lo adoptó? Porque hay comunidad y apoyo. La magia era el orgullo de ser propietario. Ahora es una obviedad usar Linux, y con RISC-V, creo que somos el Linux del hardware. Creo que dentro de cinco a diez años, RISC-V será igualmente una obviedad para el hardware ".

Hardware más resistente que el software

El hardware y el software de código abierto difieren principalmente en términos de complejidad en toda la pila. “Observe la mayor parte del volumen de silicio en producción hoy en día; más del 95 por ciento de ese volumen se produjo y verificó en una infraestructura de verificación comercial y de flujo de herramientas basada en Verilog para esa versión de producción”, dijo O'Connor. "Por lo tanto, si queremos que alguien adopte los núcleos, es necesario unirlos fácilmente a ese flujo de herramientas comerciales".

Los proveedores de SoC utilizan principalmente el entorno de verificación de la metodología de verificación universal SystemVerilog. "No vamos a intentar enseñarles o convencerlos de que usen algo diferente", dijo O'Connor. "Si realmente queremos la adopción RTL de estos bloques de código abierto, deben poder incorporarse al flujo de herramientas".

Aún así, la física del hardware presenta problemas que los desarrolladores de software no enfrentan. "Desde la física a nivel de geometría en las fábricas de semiconductores, la receta detrás de ese fabuloso proceso", señala O'Connor, quien cita el trabajo en áreas como el diseño de procesos en nodos más grandes como alentador.

“Tienes la receta en la fábrica, las bibliotecas además de eso, la capa física de esas herramientas CAD para producir GDSII y la tecnología de máscara en sí; y luego el equipo para producir máscaras, y el software y las herramientas de simulación y verificación que usas para validar tu diseño, las herramientas de síntesis que usas para capturar y sintetizar tu diseño, y luego la IP que entra en esos diseños ”, explicó.

“Todas esas capas en esa pila tienen carteras de patentes profundas asociadas con cada capa, desarrolladas durante décadas. Y hay mucho vínculo entre cada una de esas capas. Por lo tanto, tratar de reemplazar toda la pila desde el principio con implementaciones y herramientas de código abierto no es algo que cualquier empresa comercial vaya a intentar hacer ", señaló O'Connor.

Los fundadores del OpenHW Group consideraron la posibilidad de crear un ecosistema orientado específicamente a los núcleos RISC-V. Finalmente decidieron no hacerlo.

O'Connor dijo que su primer objetivo era crear esos núcleos. “Pero lo estamos haciendo con una visión y una mentalidad de una visión en torno a la solución de los desafíos de implementación de hardware de código abierto. En otras palabras, facilite la creación de clústeres heterogéneos con bloques de construcción comunes y su capacidad para adaptarlos con su propia salsa secreta:aceleradores y extensiones construidos a su alrededor ”.

Eso implica colaborar en los elementos comunes y definir un punto de interfaz a nivel de herramientas de software, a nivel de RTL de hardware e incluso a nivel de verificación. “Su valor agregado es entonces cómo modifica ese conjunto común de bloques de construcción para agregar aceleración personalizada, construye estos clústeres heterogéneos personalizados que implementan su algoritmo de acelerador secreto. Entonces, la noción es que RISC-V como ISA nos permite comenzar con bloques de construcción comunes convincentes en el nivel del núcleo del procesador, y luego construir sobre eso. Todo el tiempo aprovechando las mejores herramientas comerciales para brindar una alta confianza a los implementadores.

"Entonces, la propiedad intelectual es algo en lo que pueden confiar".

Él predice que pronto surgirán FPGA de código abierto y, finalmente, SoC.

Perspectiva comercial

Andes Technology es un ejemplo de cómo una empresa comercial se conecta a una infraestructura de código abierto. La empresa taiwanesa ha lanzado varios procesadores basados ​​en RISC-V, con una serie de implementaciones anunciadas por los clientes.

Además de diseñar en sus núcleos RISC-V para SK Telecom y Renesas, Andes anunció recientemente que EdgeQ, una startup que desarrolla chips de estación base 5G, utilizará su licencia de núcleo RISC-V con una extensión personalizada de Andes para ofrecer un programa abierto y programable. Plataforma 5G con IA integrada. La extensión personalizada permitiría a EdgeQ diseñar, ampliar y personalizar sus propios conjuntos de instrucciones para lograr un rendimiento, características y perfiles de potencia novedosos que, según ellos, no están cubiertos por la infraestructura inalámbrica actual.

Frankwell Lin

“Para nosotros, RISC-V es un ISA de código abierto para la interfaz o descripción del hardware, no un núcleo de código abierto”, dijo Frankwell Lin, presidente de Andes Technology. “En el campo RISC-V, de empresa en empresa, somos competidores. Cooperamos al nivel de los estándares RISC-V. Sin embargo, en el día a día, tenemos que competir entre nosotros ”.

Andes promociona una década de experiencia con núcleos RISC integrados, así como una arquitectura ISA patentada. "Aunque trasladamos el 90 por ciento de nuestros recursos al desarrollo de RISC-V, todavía tenemos nuestro núcleo propietario, haciendo negocios de licencias, y ambos todavía funcionan", dijo Lin.

Además de RISC-V, Lin notó la creciente cantidad de componentes de hardware abiertos y estándar de la industria. "En hardware, RISC-V no es el primero en ser de código abierto". Por ejemplo, el formato de descripción de hardware de Verilog es de código abierto, en gran parte por acuerdo entre los líderes de EDA, Cadence y Synopsys, dijo Lin.

También están abiertos los estándares de interfaz de hardware como PCIe, USB, OpenCL y OpenCV, así como Bluetooth y WiFi para la conectividad.

A medida que crece la lista de herramientas de hardware abierto, una pregunta clave es si se necesita una base similar al kernel de Linux para estimular la adopción de hardware de código abierto. Al igual que con Linux, el apoyo de la comunidad y las contribuciones individuales de las empresas son cruciales.

Aún así, las grandes inversiones en herramientas de diseño y equipos de producción hacen que el hardware de código abierto sea difícil de vender. Esos obstáculos significan que los bloques de hardware deben integrarse fácilmente con las cadenas de herramientas existentes para abordar la complejidad mucho mayor en cada capa de diseño y producción de hardware.

>> Este artículo se publicó originalmente el nuestro sitio hermano, EE Times.

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