Почему открытое оборудование так редко? [закрыто]

Я пытаюсь понять, почему открыть аппаратное обеспечение гораздо сложнее, чем программное обеспечение. Я пытался смотреть онлайн, и я не мог найти удовлетворительное объяснение.

Я понимаю, что аппаратное обеспечение гораздо проще хранить в проприетарном виде и гораздо труднее (невозможно) провести обратный инжиниринг (в случае с микросхемами, а не с печатными платами), но почему это сдерживает открытые аппаратные инициативы?

Это стоимость изготовления? Это отсутствие общих знаний о дизайне оборудования? Это сложность?

С появлением ПЛИС, позволяющих легко проектировать аппаратные средства (хотя они и являются проприетарными), я ожидаю, что открытое аппаратное обеспечение будет развиваться гораздо быстрее, чем раньше.

Я извиняюсь, если это неправильное место, чтобы спросить, но это озадачивало меня в течение приблизительно года и заставило меня хотеть, чтобы я взял Информатику вместо Компьютерной инженерии.

Каждый может редактировать исходный код дома, мало кто имеет завод по изготовлению чипов, чтобы выбить пару пользовательских чипов. Байты могут свободно создавать и распространять, материалы - нет.

Существует также проблема, заключающаяся в том, что исходный код является переносимым, и хотя файлы САПР и т. Д. Своего рода переносимые, существует гораздо больше накладных расходов, ошибок и затрат на установку материалов.

3D-печать пересекает некоторые границы, возможно, небольшое усилие может сделать то же самое для (гораздо более старой) технологии обработки, как деталей, так и печатных плат.

Отредактировано, чтобы добавить: перечитывая вопрос, и, возможно, цель вопроса, касающегося FPGA, я бы сказал, что в настоящее время они все еще являются чем-то вроде темного искусства для многих, и просто не в поле зрения большинства людей. Входной барьер довольно высок с точки зрения усилий, понимания и инструментов.

Открытое оборудование на самом деле не сложно найти. Такие компании, как Sparkfun, Adafruit и Arduino, делают схемы и прошивки общедоступными. Давайте также не забудем сообщество разработчиков, которое вносит большой вклад в Open Hardware. Существует также Ассоциация оборудования с открытым исходным кодом (но вы, вероятно, уже знали об этом!).

Кажется, ПО с открытым исходным кодом немного более заметно, чем открытое аппаратное обеспечение, но открытое аппаратное обеспечение существует - и оно большое. Просто потратьте 2 минуты на Instructables, и вы увидите. Отсутствие общих знаний определенно не проблема.

Тем не менее, вы, вероятно, не увидите много свободного (как в случае свободы) verilog или VHDL-кода, но они есть. Похоже, что микроконтроллеры, а не ПЛИС, действительно взволновали открытое сообщество производителей аппаратного обеспечения.

Я вижу, что вы разъяснили несколько вещей в комментариях относительно открытого аппаратного обеспечения в истинном смысле этого слова, где люди могли бы делать свой собственный дизайн и изготавливать с нуля, а не публиковать проекты, основанные на фирменных деталях.

Это в значительной степени сводится к стоимости и сложности производства. Возьмем ваш пример OpenRISC на момент, когда на ум приходят три основных варианта, эти затраты очень приблизительны, но указывают на то, что производятся от сотен до тысяч единиц, а не миллионов:

• Вместо этого используйте проприетарную платформу ARM и приобретайте чипы, например, у Atmel или более 20 других производителей. Затраты говорят 5 долларов за деталь, чипы хорошо документированы и проверены, а затраты на установку / время выполнения заказа практически равны нулю. Они не требуют большого количества схем поддержки, и многие поставляются в упаковках или на дешевых платах-прототипах, которые можно легко паять вручную.

• Возьмите процессор OpenRISC, добавьте вспомогательную периферию и загрузите на ПЛИС. Определенно достижимый проект «на дому» / открытый аппаратный продукт, а также не так много затрат на установку. Однако, как вы указали, FPGA по-прежнему является проприетарной, и, скорее всего, она будет стоить 20 долларов за деталь, включая схему поддержки, не говоря уже о том, что многие пакеты намного сложнее вручную припаять.

• Возьмите процессор OpenRISC, добавьте вспомогательную периферию и сделайте ASIC по вашему выбору, вы даже можете купить свои собственные средства. Получение ASIC, сделанного на существующем заводе-изготовителе, будет стоить до отметки типа в сотни тысяч, а приобретение собственных производственных мощностей составит порядка сотен миллионов.

Еще одна вещь, которую нужно помнить, это то, что, хотя FPGA действительно облегчают работу в некоторых проектах, они действительно охватывают только цифровую область. Большинство реальных проектов требуют большого количества аналоговых схем поддержки для выполнения своей окончательной функции, поэтому ПЛИС может быть не таким универсальным решением, как вы думаете.

«Свобода перераспределения копий» и «свобода модифицировать» аспекты свободного программного обеспечения на самом деле плохо переводятся на аппаратное обеспечение. Существует трудозатраты и затраты, связанные с копированием платы, и гораздо больше, связанные с копированием ASIC (модифицированной или иной). Это просто не будет в пределах досягаемости для среднего пользователя в обозримом будущем.

Другим фактором является быстрое устаревание. Некоторому открытому программному обеспечению UNIX тридцать лет; GCC около 25 лет. У открытого оборудования обычно меньше времени, прежде чем оно начинает выглядеть ужасно устаревшим. Это особенно верно для всех вещей, которыми люди действительно хотят быть открытыми: процессоры, графическое оборудование, беспроводные интерфейсы.

(Вы могли бы иметь открытую замену, например, для 555 или LM741, которая была бы более вневременной, но какой в ​​этом смысл? Чем она будет существенно отличаться от текущих?)

Конечно, есть возможности для разработки «сообщества» оборудования, но это зависит от наличия стабильного, разумного * сообщества, которое может договориться о том, что оно хочет и готово платить. Опять же, требует много работы.

* (Использование полузакрытого чипа Broadcom в Raspberry Pi привлекло небольшую, но очень воинственно рассерженную группу заявителей. Я думаю, что подобные вещи отталкивают разумных людей от проекта, который был бы необходим для разработки Open ASIC Замену можно было бы сделать за 5 миллионов долларов и за год работы, если бы не было катастрофических патентных препятствий. Вам пришлось бы потерять обремененное патентами оборудование для декодирования видео и получить лицензию на набор инструкций от ARM.)

Цепочка для инструментов гораздо менее доступна для человека на улице. Каждый и его дяди могут получить компилятор, базу данных, ..., но осциллограф, генератор функций, запас скамей, библиотеку деталей и с трудом завоеванные навыки для их использования означают, что игроков будет на порядок меньше. в открытой аппаратной игре.

Я полностью согласен с оценкой «порядка величины» того, насколько простое и доступное открытое программное обеспечение отличается от открытого аппаратного обеспечения. Это сводится к «битам» против «атомов». Затраты и проблемы, связанные с работой над проектом открытого программного обеспечения, чрезвычайно низки, а инструменты и инфраструктура (Интернет, GitHub и ваш ПК) были оплачены до того, как вы начали проект открытого программного обеспечения, поэтому дополнительные затраты - это ваше время.

Открытое оборудование требует, чтобы вы получили «атомы» только для того, чтобы начать работу над проектом и, как говорилось в предыдущем посте:

• Использование стандартного продукта компании - самый дешевый вариант (от 5 до 100 долларов) *
• Внедрение FPGA обходится дороже (от 20 до 2000 долларов)
• Ваш собственный ASIC (от 200 000 до 2 000 000 долларов США)
• Ваш собственный потрясающий материал для изготовления деталей (от 500 000 000 до 2 млрд долларов)

* Эти расходы включают в себя расходы на разработку, а также стоимость чипов

Теперь аппаратное движение с открытым смешанным сигналом не обладает преимуществом подобной FPGA опции, упомянутой выше, с более разумными затратами на разработку и затратами на устройства.

Компании [да, моя компания является одной из них] работают над созданием настраиваемых решений со смешанным сигналом, которые позволят перенести подобную FPGA бизнес-модель в конструкцию аналоговых и смешанных сигналов. В некоторых случаях открытое аппаратное обеспечение в настраиваемом микросхеме со смешанным сигналом может открывать аппаратные проекты в большей степени, чем сегодня на уровне печатных плат.

Да, я говорю, что конфигурируемый чип может быть проще, чем дизайн печатной платы.

Конфигурируемая микросхема будет содержать проверенный на силикон IP, который может быть связан с изменениями слоя с одной маской с помощью автоматизированных инструментов проектирования, подобных месту FPGA, маршруту и ​​процессу конфигурации. И проекты со смешанным сигналом не устаревают так быстро, как цифровые проекты, потому что аналоговые схемы не должны преследовать низкие уровни Мура, как цифровые проекты.

Возможность работать с распределенной командой над содержимым конфигурируемого чипа может, по-видимому, принести концепции открытого программного обеспечения и преимущества для открытого аппаратного дизайна.

Наша предпосылка заключается в том, что следующие атрибуты помогут сделать открытое оборудование более популярным:

• Стандартизированное конфигурируемое аппаратное обеспечение для микросхем
• Характеризуемые и документированные блоки IP
• Доступные высокоуровневые инструменты проектирования, которые абстрагируют полностью индивидуальные детали дизайна чипов
• Автоматическая компиляция проектов высокого уровня для настраиваемых устройств
• Инструменты совместного использования дизайна, которые поддерживают распределенные команды