Tại sao phần cứng mở rất hiếm? [đóng cửa]

Tôi đang cố gắng để hiểu tại sao phần cứng mở lại khó đến hơn nhiều so với phần mềm. Tôi đã thử tìm kiếm trên mạng và tôi không thể tìm thấy lời giải thích thỏa đáng.

Tôi hiểu rằng phần cứng rất dễ dàng để giữ quyền sở hữu và rất khó (không thể) để thiết kế đảo ngược (trong trường hợp IC, không phải PCB), nhưng tại sao điều đó lại kìm hãm các sáng kiến ​​phần cứng mở?

Có phải là chi phí sản xuất? Có phải là thiếu kiến ​​thức chia sẻ về thiết kế phần cứng? Có phải là sự phức tạp liên quan?

Với sự ra đời của các GPU giúp việc thiết kế phần cứng trở nên dễ dàng (mặc dù bản thân chúng cũng là độc quyền), tôi hy vọng rằng phần cứng mở sẽ cất cánh với tốc độ nhanh hơn nhiều so với trước đây.

Tôi xin lỗi nếu đây là nơi sai để hỏi, nhưng điều này đã làm tôi bối rối khoảng một năm nay và khiến tôi ước mình đã học Khoa học Máy tính thay vì Kỹ thuật Máy tính.

Mọi người đều có thể chỉnh sửa mã nguồn tại nhà, rất ít người có nhà máy chế tạo chip để loại bỏ một vài chip tùy chỉnh. Byte được tự do tạo và phân phối, tài liệu thì không.

Ngoài ra còn có vấn đề là mã nguồn là di động, và mặc dù các tệp CAD, v.v ... là loại di động, có rất nhiều chi phí & lỗi & chi phí thiết lập lãng phí.

In 3D vượt qua một số ranh giới, có lẽ một chút nỗ lực có thể làm tương tự cho công nghệ gia công (cũ hơn nhiều), cả hai bộ phận & PCB.

Đã chỉnh sửa để thêm: đọc lại câu hỏi và có lẽ mục đích của câu hỏi liên quan đến đồ họa, tôi sẽ nói rằng hiện tại chúng vẫn còn là một nghệ thuật đen tối đối với nhiều người, và không phải trên radar của hầu hết mọi người. Rào cản đầu vào khá cao, về nỗ lực, sự hiểu biết và công cụ.

Phần cứng mở không thực sự khó đến. Các công ty như Sparkfun, Adaf nhung và Arduino cung cấp sơ đồ và phần sụn công khai. Chúng ta cũng đừng quên cộng đồng nhà sản xuất ngoài đó đóng góp rất lớn cho Phần cứng mở. Ngoài ra còn có Hiệp hội phần cứng nguồn mở (nhưng có lẽ bạn đã biết điều đó!).

Dường như phần mềm nguồn mở nổi bật hơn một chút so với phần cứng mở nhưng phần cứng mở nằm ngoài đó - và nó rất lớn. Chỉ cần dành 2 phút cho Hướng dẫn và bạn sẽ thấy. Thiếu kiến ​​thức chia sẻ chắc chắn không phải là một vấn đề.

Tuy nhiên, có thể bạn sẽ không thấy nhiều phiên bản miễn phí (như tự do) hoặc mã VHDL nhưng chúng ở ngoài đó. Có vẻ như các bộ vi điều khiển thay vì các GPU thực sự đã làm rung chuyển cộng đồng nhà sản xuất phần cứng / sản xuất mở.

Tôi thấy bạn đã làm rõ một số điều trong các nhận xét liên quan đến phần cứng mở theo nghĩa thực sự của từ mà mọi người có thể tự thiết kế và sản xuất từ ​​đầu, trái ngược với việc xuất bản các thiết kế dựa trên các bộ phận độc quyền.

Nó phần lớn đến từ chi phí sản xuất và sự phức tạp. Lấy ví dụ về OpenRISC của bạn tại thời điểm này, có ba lựa chọn chính xuất hiện, những chi phí này rất đáng gờm nhưng là dấu hiệu cho thấy những thứ được sản xuất trong hàng trăm đến hàng nghìn đơn vị, chứ không phải hàng triệu:

• Thay vào đó, hãy sử dụng nền tảng ARM độc quyền và mua chip từ Atmel hoặc 20+ nhà sản xuất khác. Chi phí cho biết $ 5 mỗi phần, chip được ghi chép tốt và được chứng minh và chi phí thiết lập / thời gian dẫn gần như không. Họ không yêu cầu nhiều mạch hỗ trợ và nhiều gói đi kèm hoặc trên bảng nguyên mẫu giá rẻ có thể dễ dàng hàn bằng tay.

• Sử dụng bộ xử lý OpenRISC, thêm các thiết bị ngoại vi hỗ trợ và tải lên một đồ họa. Chắc chắn là một dự án phần cứng "tại nhà" / có thể đạt được và cũng không có nhiều chi phí thiết lập. Tuy nhiên, FPGA vẫn là độc quyền như bạn đã chỉ ra và nhiều khả năng nó sẽ có giá $ 20 mỗi phần bao gồm cả mạch hỗ trợ, chưa kể nhiều gói khó hàn hơn nhiều.

• Sử dụng bộ xử lý OpenRISC, thêm các thiết bị ngoại vi hỗ trợ và nhận ASIC theo lựa chọn của bạn, thậm chí bạn có thể mua các cơ sở của riêng mình. Nhận được một ASIC được thực hiện tại một nhà máy chế tạo hiện có sẽ chạy vào hàng trăm nghìn loại, việc mua các cơ sở của riêng bạn để sản xuất sẽ theo thứ tự hàng trăm triệu.

Một điều khác cần nhớ là trong khi các GPU làm mọi thứ dễ dàng hơn trong một số thiết kế thì chúng thực sự chỉ bao gồm miền kỹ thuật số. Hầu hết các thiết kế trong thế giới thực đòi hỏi rất nhiều mạch hỗ trợ tương tự để thực hiện chức năng cuối cùng của chúng, do đó, một GPU có thể không phải là một giải pháp phổ quát như bạn tin.

Các khía cạnh "tự do phân phối lại các bản sao" và "tự do sửa đổi" của phần mềm miễn phí thực sự không chuyển dịch tốt sang phần cứng. Có công việc và chi phí liên quan đến việc sao chép một bảng, và nhiều hơn nữa liên quan đến việc sao chép ASIC (sửa đổi hoặc cách khác). Nó chỉ đơn giản là sẽ không nằm trong tầm tay của người dùng trung bình trong tương lai gần.

Một yếu tố khác là lỗi thời nhanh chóng. Một số phần mềm UNIX mở đã ba mươi tuổi; GCC khoảng 25 tuổi. Phần cứng mở thường sẽ có thời gian ngắn hơn trước khi nó bắt đầu trông lỗi thời. Điều này đặc biệt đúng với tất cả những thứ mà mọi người thực sự muốn mở: bộ xử lý, phần cứng đồ họa, giao diện không dây.

(Bạn có thể có một sự thay thế mở cho ví dụ như 555 hoặc LM741, sẽ vượt thời gian hơn, nhưng điều gì sẽ là điểm? Làm thế nào nó khác về mặt vật chất so với hiện tại?)

Chắc chắn có phạm vi cho sự phát triển phần cứng "cộng đồng", nhưng điều đó phụ thuộc vào việc có một cộng đồng ổn định, hợp lý * có thể đồng ý những gì nó muốn và sẵn sàng trả tiền. Một lần nữa, đòi hỏi rất nhiều công việc.

* (Việc sử dụng chip Broadcom nửa kín trong Raspberry Pi đã thu hút một nhóm người khiếu nại nhỏ nhưng rất tức giận. Tôi nghĩ rằng điều đó khiến những người nhạy cảm loại bỏ dự án cần thiết để thực hiện thiết kế Open ASIC Một sự thay thế có thể được thực hiện trong khoảng 5 triệu đô la và một năm làm việc, trừ khi có những trở ngại bằng sáng chế thảm khốc. Bạn sẽ phải mất phần cứng giải mã video được cấp bằng sáng chế và làm giấy phép tập lệnh từ ARM.)

Chuỗi công cụ ít truy cập hơn đối với người đàn ông trên đường phố. Mọi người và chú họ đều có thể nhận được một trình biên dịch, cơ sở dữ liệu, ..., nhưng một máy hiện sóng, bộ tạo hàm, cung cấp băng ghế, một thư viện các bộ phận và các kỹ năng khó giành được để sử dụng chúng chỉ có nghĩa là sẽ có những đơn đặt hàng ít người chơi hơn trong trò chơi phần cứng mở.

Tôi hoàn toàn đồng ý với đánh giá "thứ tự cường độ" về mức độ dễ dàng và dễ tiếp cận của phần mềm mở so với phần cứng mở. Nó đi xuống 'bit' so với 'nguyên tử'. Chi phí và rắc rối liên quan đến làm việc trong một dự án phần mềm mở là cực kỳ thấp và các công cụ và cơ sở hạ tầng (Internet, github và PC của bạn) đã được thanh toán trước khi bạn bắt đầu dự án phần mềm mở của mình, vì vậy chi phí gia tăng là thời gian của bạn.

Phần cứng mở yêu cầu bạn phải lấy 'nguyên tử' chỉ để bắt đầu dự án và như một bài viết trước đã nêu:

• Sử dụng sản phẩm tiêu chuẩn của công ty là tùy chọn chi phí thấp nhất của bạn ($ 5 đến $ 100) *
• Thực hiện đồ họa có chi phí cao hơn ($ 20 đến $ 2000)
• ASIC tùy chỉnh của riêng bạn ($ 200.000 đến $ 2.000.000)
• Fab của riêng bạn để làm cho các bộ phận của bạn ($ 500,000,000 đến $ 2B)

'* Những chi phí này bao gồm chi phí phát triển cũng như chi phí chip

Bây giờ, chuyển động phần cứng tín hiệu hỗn hợp mở không có lợi ích của một tùy chọn giống như đồ họa được đề cập ở trên với chi phí phát triển và chi phí thiết bị hợp lý hơn.

Các công ty [vâng, công ty của tôi là một trong số họ] đang làm việc để tạo ra các giải pháp tín hiệu hỗn hợp có thể định cấu hình sẽ mang lại một mô hình kinh doanh giống như đồ họa cho thiết kế chip analog và tín hiệu hỗn hợp. Trong một số trường hợp, phần cứng mở trong chip tín hiệu hỗn hợp có thể cấu hình sẽ tự cho vay để mở các dự án phần cứng nhiều hơn các thiết kế cấp PCB hiện nay.

Vâng, tôi đang nói rằng thiết kế chip có thể cấu hình có thể dễ dàng hơn thiết kế PCB.

Một con chip có thể cấu hình sẽ chứa IP được chứng minh bằng silicon có thể được kết nối với các thay đổi của lớp mặt nạ đơn bằng các công cụ thiết kế tự động tương tự như một địa điểm & tuyến đường và luồng cấu hình của đồ họa. Và, các thiết kế tín hiệu hỗn hợp không bị lỗi thời nhanh như các thiết kế kỹ thuật số vì các mạch tương tự không cần phải theo đuổi các thiết kế kỹ thuật số thấp của Moore.

Có thể làm việc với một nhóm phân phối về nội dung của một con chip có thể cấu hình có thể mang lại những khái niệm và lợi ích phần mềm mở cho thiết kế phần cứng mở.

Tiền đề của chúng tôi là các thuộc tính sau sẽ giúp làm cho phần cứng mở phổ biến hơn:

• Phần cứng chip tín hiệu hỗn hợp tiêu chuẩn hóa
• Các khối IP đặc trưng và tài liệu
• Các công cụ thiết kế cấp cao giá cả phải chăng mà chi tiết thiết kế chip hoàn toàn tùy chỉnh
• Tự động biên dịch các thiết kế cấp cao cho các thiết bị có thể cấu hình
• Thiết kế các công cụ chia sẻ hỗ trợ các nhóm phân phối