Die Auslöser für den Erfolg von Open-Source-Hardware finden

Das letzte Jahrzehnt war geprägt von Open-Source-Innovationen in verschiedenen Technologiefeldern. Die öffentlich zugängliche Natur des Software-Stacks ermöglichte es der Entwickler-Community, Code auszutauschen und Ideen zu verwirklichen, um kollaborative Meisterwerke über die Unternehmensgrenzen hinaus zu schaffen. Die breite Community hat den Trend lange Zeit nicht erkannt. Letztendlich gewannen die schiere Menge und Qualität viele Befürworter und Open Source wurde zum De-facto-Goldstandard für Software, aber was ist mit Open-Source-Hardware?

Während die Software wuchs, blieb die Hardwareentwicklung isoliert und auf das Unternehmen ausgerichtet, um einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen. Die Geschichte der Hardware ist voll von nicht-kollaborativen Bewegungen, die zur Entstehung unterschiedlicher Spezifikationen führten. Es gibt so viele Beispiele, bei denen isolierte Innovation letztendlich zu einem fragmentierten Markt führte. Anstatt zu einem nachhaltigen Geschäftsvorteil zu werden, wurde der proprietäre Charakter zu einem Flaschenhals und führte schließlich zum Ende dieses Standards. Sony BlueRay war ein solches Beispiel.

Ein möglicher Grund könnte sein, dass Hardware durch den Schutz des geistigen Eigentums die Quelle der geschäftlichen Wettbewerbsfähigkeit ist, weshalb Unternehmen diese im eigenen Haus behalten wollten. Offensichtlich hat sich dieser Ansatz nicht skaliert, und wir haben ein weitaus langsameres Wachstum von Hardwareplattformen beobachtet. Die Industrie war beispielsweise noch nicht bereit, als schlanke, aber anspruchsvolle Anwendungsfälle für künstliche Intelligenz (KI) auftauchten. Die bestehenden Player versuchten, traditionelle FPGA-, GPU- und CPU-Lösungen voranzutreiben, die für die von einer sich entwickelnden Inferenzindustrie geforderten Berechnungen nicht ideal waren. Arm hat lange Zeit die Innovation fortgesetzt und einen sehr fortschrittlichen Befehlssatz bereitgestellt, aber am Ende konnte er auch nicht mithalten.

Dieses Szenario gipfelte darin, dass Amazon und Google das Potenzial kundenspezifischer Computerlösungen erkannten und begannen, in Halbleiter zu investieren, um an inferenzspezifischen Verarbeitungslösungen zu arbeiten. Es hat den Silberstreifen am Horizont für hardwaregeführte Open-Source-Fahrzeuge gebracht, die dazu beitragen werden, die Kluft zwischen Data Science und Big-Data-basierter Intelligenz zu schließen. Dieser Artikel zeichnet die Entwicklung von Open-Source-Software nach und zieht Lehren, die durch die Übernahme der Best Practices dazu beitragen können, Open-Source-Hardware aufzuholen.

Abbildung 1:Arm und seine Befehlssatzarchitektur (ISA) sind seit Jahren eine Wissensdrehscheibe. (Quelle:Arm)

Geheime Sauce Open Source

Als das Open-Source-Konzept vor über zwei Jahrzehnten zum ersten Mal auftauchte, gab es viele Fragen zur Monetarisierung, und im Laufe der Zeit entwickelten sich verschiedene Modelle. Heute tragen mehr als 35 Millionen Entwickler zum Code bei, der Milliarden von Geräten antreibt und als Ergebnis einen erheblichen Wert generiert. Dies geht aus der öffentlichen Notierung von MongoDB (7,9 Mrd Auflistung von 6,5 Milliarden US-Dollar.

Heutzutage verwenden alle großen Unternehmen in irgendeiner Form Open Source, da es hilft, die optimierte Software für die Lösung von Problemen zu erstellen. Während die Computer- und Telekommunikationsbranche die Hauptkonsumenten von Open-Source-Software sind und etwa 60 % ihres Softwarebedarfs decken, nehmen Industrie- und Gesundheitsunternehmen schnell auf. Open Source hat die Entwicklungszeit drastisch verkürzt, da die meisten Module in einer gut getesteten und optimierten Form vorliegen und bereit sind, in den Software-Stack integriert zu werden, um spezifische Probleme zu lösen.

Open Source bietet eine klassische Marketing-Lektion:Die Nutzer sind bereits Kunde, noch bevor sie es merken. Als sie es merken, verwenden sie so viel Open Source in ihrem Stack, dass sie besser dran sind, eine Lizenz zu kaufen. Die Branche hat einen langen Weg zurückgelegt von der inkubierten Apache-Lizenz zu geschäftsfreundlicheren Lizenzen, die MongoDB, Elastic und Cockroach anbieten. So hat Open Source in den ersten Tagen Freemium ohne eindeutigen Marketingbedarf Pionierarbeit geleistet.

Das Geheimnis für den Erfolg von Open-Source-Software besteht darin, ein Problem im Kern jeder neuen Reise zu finden und das Geschäftsmodell mit der Zeit entstehen zu lassen. Wenn Sie wichtigere Probleme lösen, wächst die Nachfrage nach Ihrem Quellcode, was dazu führt, dass das Projekt skaliert und mehr Kapital angezogen wird. Aus diesem Grund generieren die oberen Quartile von Open-Source-Projekten eine erhebliche Zugkraft für Entwickler, während die meisten von ihnen kostenlose Community-Projekte sind.

Es ist auch wichtig zu verstehen, warum jemand für einen Code bezahlen würde, der bereits Open Source ist. Die Antwort liegt in dediziertem Support, Sicherheitsfixes und Wartung über einen bestimmten Zeitraum. Dies führt zu unterschiedlichen Offenheitsgraden, um den unterschiedlichen Nachfrageniveaus der Branche gerecht zu werden.

Aufkommen von Linux

Heute hat sich Open-Source-Software in Bezug auf Code-Masterclass und Geschäftsmodelle erheblich weiterentwickelt. Immer wenn sich ein führendes Unternehmen an der Open-Source-Entwicklung beteiligte, wurde dies zum Katalysator für die Schaffung des großen und langlebigen Stack.

Google hat verschiedene Erfolgsgeschichten wie Android Mobile OS, TensorFlow Machine Learning und Kubernetes für Bereitstellung, Skalierung und containerisiertes Anwendungsmanagement entwickelt. Es gibt mehrere Beispiele für jüngere Startups von Unternehmern, die versuchen, ein Problem zu lösen. Als die Massen das Problem deutlich erkannten, wuchs die Lösung in Größe und Umfang, was zu einer geschäftlichen Erfolgsgeschichte führte.

Die Schlüsselkomponente dieser Wachstumsreise war das Aufkommen von Linux. Es dient als skalierbares Backbone, das so viele unterschiedliche Komponenten und Hardware aufnehmen und nahtlos hohe Leistung liefern kann. Egal, ob es ein robustes Backbone bietet, um strenge Timing-Anforderungen zu erfüllen oder Platz für verschiedene Arten der Handhabung architekturspezifischer Elemente zu schaffen, Linux hat die anspruchsvollen Anwendungsfälle erfüllt und gleichzeitig erfolgreich Ergebnisse geliefert.

Linux-ähnlicher Kleber bauen

Lassen Sie uns in diesem Kontext über die Entwicklung von Open-Source-Software unsere Erkundung auf die Welt der Open-Source-Hardware verlagern. Es ist nicht so, dass Open-Source-Hardware keinen Erfolg gehabt hätte; Wo immer die Hardware Open Source geworden ist, wird sie zu einer großen Erfolgsgeschichte. Arduino, ein Open-Source-Mikrocontroller-Board, ist ein Aushängeschild dafür, wie Open-Source-Hardware die Art und Weise revolutioniert hat, wie Menschen Hardware für Forschung und projektbezogene Aktivitäten verwenden.

Abbildung 2:Arduino-Mikrocontroller-Boards sind ein Beweis für das Versprechen von Open-Source-Hardware. (Quelle:Arduino)

Die Idee der Open-Source-Hardware gewinnt mit dem wachsenden Bedarf in der Computerwelt schnell an Fahrt. Mehrere kleine Player experimentierten mit modularer Hardware, um Kunden die Wahl zu bieten, mit bevorzugten Hardwaremodulen zu konfigurieren. Die Idee ist spannend und ermöglicht es Nutzern, die beste Hardware ihrer Klasse für Lautsprecher, Kameras und Netzwerkmodule verschiedener Anbieter einzusetzen und jedes gewünschte Gerät zu erstellen.

Dieser Ansatz hat sich jedoch nicht in skalierbare Angebote und Massenakzeptanz durch die Verbraucher umgesetzt. Der Grund dafür ist das Fehlen von treibendem Hardware-Code, der die Hardware-Modularität wirklich nutzbar machen könnte. Die isolierte und extrem verkettete Entwicklung macht es nahezu unmöglich, Modularität im Endprodukt zu erreichen. Da Prozessoren den Punkt erreichen, an dem sie gegen das Mooresche Gesetz verstoßen, besteht ein beispielloser Bedarf an bahnbrechenden Innovationen, um die in dieser Branche vorherrschenden Weisheiten zu bündeln.

Da wir eine Nachfrage nach Open Source im Hardwarebereich sehen, können Pioniere einige Lehren von ihren Open-Source-Software-Brüdern ziehen. Open-Source-Software sollte die Leistungslücke in der Software führender Anbieter schließen. Der Fokus lag daher nie auf Benutzerfreundlichkeit, sondern auf höherer Zuverlässigkeit und Code-Performance in anspruchsvollen Umgebungen.

Linux wurde zu einem beliebten Betriebssystem für Server. MySQL forderte Oracle in diesem Bereich allein aufgrund der Vorteile der architektonischen Robustheit und des modularen Ansatzes heraus und adressierte die Mängel monolithischer Architekturen. Heute sehen wir, dass Amazon fast alle Softwaremodule als separaten Service verkauft, was in der früheren monolithischen Softwarephilosophie unmöglich war.

Die entscheidende Frage ist, was ist das Linux-Äquivalent für Open-Source-Hardware? Die Herausforderung liegt in der Hardware-Komplexität, die es fast unmöglich macht, einen Linux-ähnlichen Kleber zu bauen, um die gesamte Hardware zusammenzufügen. Infolgedessen werden die physischen, rechtlichen und wirtschaftlichen Hindernisse nie wirklich in Frage gestellt, um ein demokratisches Hardware-Ökosystem aufzubauen. Im ersten Teil ist die physische Grenze ziemlich kompliziert und schränkt die Entwicklung eines echten Linux-Äquivalents für Open-Source-Hardware-Breakouts ein. Aber das Aufkommen von 5G-Ablegern von offener Hardware wie Radio Access Networks (RANs) hat gezeigt, dass es möglich ist, es sich vorzustellen und zu erstellen.

Die nächste entscheidende Frage ist, ob Befehlssatzarchitekturen (ISAs) wie RISC-V die Verbreitung von Open-Source-Hardware auslösen können, so wie Linux der reibungslosen Assimilation verschiedener heterogener Komponenten Platz gemacht hat. Wenn ja, ist es wichtig zu verstehen, was frühere Spieler davon abgehalten hat, ein solches Ökosystem aufzubauen.

Abbildung 3:Microsemi hat RISC-V-Kerne in seinen FPGA-Designs implementiert. (Quelle:Microchip)

Lange Zeit fungierte Arm als Wissensdrehscheibe und brachte den besten Befehlssatz für Spieler mit, die nicht bereit waren, sich an vorherrschende Optionen zu binden. RISC-V bietet eine einzigartige Gelegenheit im Open-Source-Hardwarebereich und hat das Potenzial, zum Goldstandard zu werden, nachdem Arm möglicherweise zu einem großen Halbleiterunternehmen zusammengelegt wird.

Trigger zur Massenadoption

Die anschließende Herausforderung liegt in der Lernkurve für neue Tools. Unglaublich lange hat die Hardware-Industrie keine drastischen Veränderungen bei der Überprüfung des RTL-Codes erlebt. SV-UVM ist eine De-facto-Wahl, die sich schrittweise weiterentwickelt und eine bedeutende Komfortzone geschaffen hat. Es ist eine Herausforderung, eine neue Lösung zu entwickeln und zu erwarten, dass die Leute sie fröhlich annehmen. Der Wert muss deutlich höher sein, um eine Massenadoption eines neuen Design- und Verifikations-Toolsets auszulösen, um elegante Hardware-Designs zu erstellen.

Es gibt Erfolgsgeschichten in Open-Source-Hardwarespezifikationen wie PCIe, USB und OpenCL und OpenCV, jedoch führt der Weg zu echter Open-Source-Hardware durch das Produktionspuzzle. Es würde das Aufkommen des nächsten TSMC beinhalten, das flexiblen Versand unterstützen und die End-to-End-Pipeline für RTL-Verification-Tapeout schaffen kann, die auf eine neue Welt der Open-Source-Hardware ausgerichtet ist. Das ist leichter gesagt als getan, denn im Gegensatz zu Software, bei der die Investitionen nicht riesig sind, wird in Hardware jede Schicht über Jahrzehnte eng gekoppelt aufgebaut und ist kostspielig zu demontieren, um Platz für Open-Source-Hardware zu machen.

Die schrittweise Weiterentwicklung bestehender Tools kann ein Jahrhundert dauern, bis sie die geschäftsverändernde Open-Source-Hardware-Phase erreicht. Die Lösung besteht darin, mit einer definierten Roadmap eine neue Ära des Umdenkens und Ausbrechens einzuleiten. Wenn Pioniere der Open-Source-Hardware keine Antwort auf End-to-End-Probleme finden, wird die Einführung und Etablierung eines De-facto-Linux-Äquivalents nur begrenzte Abnehmer finden. Den Investitionen in Designtools und Produktion muss eine massive Umschulung folgen, damit neue Toolketten von der Design-Community massenhaft übernommen werden, um eine agile Hardwareentwicklung zu ermöglichen.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am unsere Schwesterseite EDN.

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Prasant Agarwal hat mit STMicroelectronics, Samsung und Solarflare Communications in verschiedenen Strategie-, Marketing- und Produktmanagementfunktionen zusammengearbeitet.

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