Kann Open-Source-Hardware Linux' Vermächtnis erreichen?

Dieses Jahr markiert das 30. Jubiläum der Linux-Kernel-Veröffentlichung, dem Eckpfeiler der Open-Source-Software-Bewegung. Der frei verfügbare Code des Kernels hat Hunderte robuster, stabiler und flexibler Linux-Distributionen hervorgebracht und ein Vermächtnis aus Innovation und Zuverlässigkeit geschaffen.

Angesichts dieses Erfolgs: Kann dieselbe Open-Source-Philosophie auf Hardware angewendet werden? Kann eine Instruction Set Architecture (ISA) wie RISC-V als Fundament für eine Proliferation von Open-Source-Silizium dienen, ähnlich wie Linux für Software?

Die Antwort ist sowohl Ja als auch Nein.

RISC-V ist tatsächlich ein offener Standard, der die Freiheit, Flexibilität und Geschwindigkeit bietet, Produkte darum herum aufzubauen. Doch Hardware ist inhärent komplexer, involviert mehrere Stack-Layer, was bedeutet, es ist nicht so einfach wie das Ausliefern eines Software-Pakets.

Um diese Frage zu erforschen, befragten wir Schlüsselakteure im RISC-V-Ökosystem – einschließlich der OpenHW Group, RISC-V International, NXP Semiconductors und Andes Technology. Ihre Einsichten beleuchten Parallelen zu Open-Source-Software, identifizieren Barrieren für Hardware-Adoption und unterstreichen die Wichtigkeit einer lebendigen Community und Ökosystems.

Qualität und Support-Ökosystem sind kritisch

Rick O'Connor, Präsident und CEO der OpenHW Group, vergleicht RISC-V mit dem Linux-Kernel: „Die RISC-V ISA ist das, was der Kernel für Linux am Anfang war, und andere Open-Source-Software-Projekte sprießen daraus.“ Er fügte hinzu, dass der ISA der Samen ist, aus dem ein Hardware-Ökosystem wachsen kann.

Rick O'Connor

O'Connor warnt, dass Qualität eine signifikante Barriere bleibt. „Wenn man in einer High-Volume SoC Firma arbeitet, kann man nicht einfach einen universitätsbasierten Kern adoptieren und ihn production-ready erklären.“ Um dies anzugehen, befürwortet die OpenHW Group einen offenen Verifikationsfluss, der Qualität und Zuverlässigkeit demonstriert und High-Volume-Herstellern Vertrauen gibt, vergleichbar mit In-House-Entwicklung.

Er klärt auch Missverständnisse über RISC-V International, die Stiftung, die die ISA-Spezifikation überwacht. „Die Stiftung entwickelt keine Kerne; sie definiert die Instruction Set Architecture. Adoption kann kommerziell, Open-Source, Closed-Source, for-profit oder non-profit sein, und sie unterstützt eine Vielzahl von Logic-Capture-Sprachen.“

O'Connor betont, dass der Fokus der OpenHW Group über Kerndesign hinausgeht. „Wir entwickeln Artefakte für heterogenes Cluster Computing, ermöglichen diverse SoC-Größen, Clustering verschiedener Kerntypen, Beschleuniger und Custom Blocks.“ Dies aligniert mit RISC-Vs Versprechen, jedem zu ermöglichen, einen Kern zusammenzusticken ohne vertragliche Constraints.

Er merkt an, dass der ISA bereits „eine neue Grenze in Innovation“ freigesetzt hat, die Entwicklern erlaubt, von Grund auf zu bauen. „Unsere Herausforderung ist es, fünf oder sechs nachhaltige Kernfamilien um RISC-V zu etablieren.“

Rob Oshana

Rob Oshana, Vice President of Software Engineering für R&D bei NXP Semiconductors, zieht eine Parallele: „Linux ist tatsächlicher Source Code, zu dem Tausende Entwickler kollaborativ via Linux Kernel Archives beitragen.“ Er betont, dass RISC-V International eine Spezifikation besitzt, keine Implementation, und dass die OpenHW Group die Lücke füllt, indem sie kostenlose, offene, royalty-freie Implementierungen und Collateral bereitstellt, ähnlich wie die Linux Foundation.

Community Support, nicht nur Spezifikation, ist essenziell

Open Source gedeiht durch Community Engagement. „Einfach etwas in ein Git-Repository zu stellen und es 'offen' zu nennen, reicht nicht“, argumentiert Oshana. „Eine Community muss das Projekt nähren, pflegen und wachsen lassen.“ Er weist darauf hin, dass OpenHW Group Kerne wegen kollektiver Anstrengungen beim Bau von Kernen, Boards, Software und Reference Platforms gelingen.

Oshana fordert nachhaltige Engineering-Investitionen und Best Practices. „Jede Distribution wird einzigartig sein, aber Erfolg hängt von einem zuverlässigen Satz hardwarebasierter Tools und klaren Maintainer-Rollen ab – analog zum Upstreaming-Prozess in Linux.“

Mark Himelstein

Mark Himelstein, CTO bei RISC-V International, echoiert dieses Sentiment: „Linux' Adoption war nicht allein wegen technischer Überlegenheit; es war die Community und der Support. Mit RISC-V glaube ich, wir sind auf Kurs, das Linux der Hardware zu werden.“

Hardware ist komplexer als Software

Hardwares Multi-Layer-Stack fügt Komplexität hinzu. „Mehr als 95 % des Siliziumvolumens wird heute mit Verilog-basierten Tool Flows und kommerzieller Verifikationsinfrastruktur produziert und verifiziert“, merkt O'Connor an. „Um Adoption zu fördern, müssen Kerne nahtlos in bestehende kommerzielle Tool Chains integrierbar sein.“

SoC-Vendors nutzen typischerweise SystemVerilog Universal Verification Methodology (UVM). „Wir werden nicht versuchen, eine neue Methodology zu erzwingen“, sagt O'Connor. „Wenn wir RTL-Adoption offener Blöcke wollen, müssen sie in die vertraute UVM-Umgebung droppen.“

Er hebt die Physik der Siliziumfertigung hervor – Prozessrezepte, Libraries, CAD Tools, GDSII Masken, Verifikationssoftware – alle stark patentiert. „Den gesamten Stack mit Open-Source-Implementierungen zu ersetzen, ist für keine kommerzielle Firma realistisch.“

Die Gründer der OpenHW Group entschieden sich gegen den Aufbau eines proprietären Ökosystems für RISC-V-Kerne. Stattdessen ist ihr Ziel, offene Hardware-Bausteine bereitzustellen, die heterogene Cluster und Custom Acceleratoren ermöglichen, während kommerzielle Tools für hohes Vertrauen genutzt werden.

O'Connor prophezeit, dass Open-Source-FPGAs bald entstehen werden, gefolgt von Open-Source-SoCs.

Kommerzielle Perspektive

Andes Technology exemplifiziert, wie eine kommerzielle Firma Open-Source-Infrastruktur integrieren kann. Das taiwanesische Unternehmen hat mehrere RISC-V-Prozessoren gelauncht und Kundenimplementierungen angekündigt.

Zusätzlich zum Design von Kernen für SK Telecom und Renesas enthüllte Andes kürzlich, dass EdgeQ, ein Startup, das 5G-Basisstationschips entwickelt, einen Andes-lizenzierten RISC-V-Kern mit Custom Extension nutzen wird, um eine offene, programmierbare 5G-Plattform mit integrierter KI zu liefern. Die Extension erlaubt EdgeQ, Instruction Sets für Performance, Features und Power anzupassen, die aktuelle Wireless-Lösungen fehlen.

Frankwell Lin

Lin erklärt: „RISC-V ist ein Open-Source-ISA für Hardware-Beschreibung, kein offener Kern. Firmen kooperieren am Standard, konkurrieren aber im Business.“ Er fügt hinzu, dass Andes ein Jahrzehnt proprietärer Kern-Expertise mit einem 90%igen Shift Richtung RISC-V-Entwicklung balanciert.

Lin merkt an, dass Hardware andere offene Standards hat – Verilog, PCIe, USB, OpenCL, OpenCV, Bluetooth und Wi-Fi – oft von Industrieführern vereinbart. Während mehr Open-Hardware-Tools entstehen, bleibt die Frage, ob eine Stiftung analog zum Linux-Kernel nötig ist, um Adoption anzutreiben. Community Engagement und Corporate Contributions sind entscheidend.

Dennoch machen schwere Investitionen in Design-Tools und Produktionsausrüstung Open-Source-Hardware zu einer herausfordernden Proposition. Hardware-Blöcke müssen mit bestehenden Toolchains integrierbar sein, um die größere Komplexität über jeden Design-Layer zu managen.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EE Times veröffentlicht.

---

Verwandte Inhalte:

• Open Source GPU baut auf RISC-V auf
• Open-Source Reference Board zielt auf schnelles Medical Ventilator Deployment
• Perspektiven auf Arduinos Evolution
• Warum das Yocto Project für mein IoT Project?
• Designing open-source smart farming systems

Für mehr Embedded, abonnieren Sie Embeddeds wöchentlichen E-Mail-Newsletter.