오픈 소스 하드웨어가 Linux의 성공에 필적할 수 있음

올해로 30번째 입니다. Linux 커널 출시 기념일. 오픈 소스 소프트웨어 운동의 기반이 된 오픈 소스 코드는 무료 공개 Linux 배포판을 사용하는 수백 개의 프로젝트를 낳았습니다. 그 결과 견고하고 안정적이며 유연한 제품의 긴 목록이 탄생했습니다.

성공을 감안할 때 동일한 접근 방식을 오픈 소스 하드웨어 채택에 적용할 수 있습니까? RISC-V와 같은 명령 집합 아키텍처(ISA)가 오픈 소스 소프트웨어의 기반이 된 Linux 커널과 같은 방식으로 오픈 소스 하드웨어 확산의 기반을 만들 수 있습니까?

대답은 예와 아니오입니다.

현재 아키텍처인 RISC-V는 개방형이며 표준으로 사용 가능하므로 이를 기반으로 제품을 구축하는 데 있어 자유, 유연성 및 속도를 허용합니다. 하지만 반대로 하드웨어는 더 복잡하고 스택에 여러 레이어가 있으므로 소프트웨어 패키지를 배송하는 것만큼 간단하지 않습니다.

OpenHW Group, RISC-V International, NXP Semiconductors 및 Andes Technology와 같은 RISC-V 하드웨어 에코시스템의 이해 관계자를 대상으로 설문조사를 실시했습니다. 오픈 소스 소프트웨어와의 유사점, 오픈 소스 하드웨어 채택의 장벽, 지원 커뮤니티 및 생태계의 중요성을 조사합니다.

마지막으로 다음을 고려합니다. 오픈 소스 하드웨어가 상용 칩 제조업체에 의미하는 바는 무엇입니까?

품질, 지원 생태계가 핵심

OpenHW Group의 사장 겸 CEO인 Rick O'Connor는 RISC-V를 Linux 커널과 동일시합니다. 결과”라고 O'Connor는 EE Times에 말했습니다. . "확실히 커널은 20년 전 소프트웨어 측면의 시드였고 ISA는 하드웨어 측면의 동일한 시드였습니다."

릭 오코너

여전히 오픈 소스 하드웨어를 도입하는 데 진입 장벽이 남아 있습니다. "확실히 그 중 하나는 품질입니다."라고 O'Connor는 덧붙였습니다. “예를 들어, 당신이 고용량 칩이나 SoC[system-on-chip] 회사에서 일한다면 상사의 사무실로 걸어가서 당신이 다운로드한 이 IP 블록에 배지를 걸고 '우리 대학의 이 멋진 코어를 기반으로 하는 '준비 완료'이며 우리의 대용량 SoC에 넣어야 합니다.'”

따라서 그룹은 "사람들이 생태계가 달성한 품질과 결과를 사용하고 볼 수 있고, [그런 다음] 대규모 SoC 회사가 전적으로 자신의 플랫폼에서 수행하는 경우 기대되는 것을 생성할 수 있는 개방형 검증 흐름을 옹호합니다. 소유하고 있습니다.”라고 O'Connor가 말했습니다.

이 그룹은 또한 RISC-V에 대한 업계의 오해와 핵심 ISA 사양을 감독하는 재단인 RISC-V International의 역할에 주목합니다.

O'Connor는 "사람들은 항상 기초가 코어 개발에 관한 것이라고 생각했습니다. “그렇지 않다. 명령어 세트 아키텍처를 정의하는 일련의 사양을 개발하는 것입니다. 그리고 상용, 오픈 소스, 폐쇄 소스, 영리, 비영리, 선호하는 로직 캡처 언어에 따라 다양한 언어로 작성된 다양한 채택 옵션이 있습니다."

그런 점에서 그는 OpenHW Group이 RISC-V 코어에 관한 것만이 아니라는 점을 강조했습니다. “우리가 정말로 집중하고 있는 것은 다양한 크기의 SoC에서 사용할 수 있는 이기종 클러스터 컴퓨팅에 필요한 아티팩트를 개발하는 것입니다. 다양한 유형의 코어, 가속기 및 우리가 필요로 하는 모든 다양한 블록을 클러스터링합니다."

여기에서 RISC-V ISA가 "혁신의 새로운 지평"을 열어주는 핵심 역할을 했다고 O'Connor는 주장합니다. “누구와도 서명할 필요 없이 누구나 코어를 꿰맬 수 있게 되었습니다. ISA 사양을 다운로드하면 끝입니다. 그런 관점에서 볼 때 이것이 핵심 조력자였습니다. 20년 전으로 돌아가보면 오늘날보다 훨씬 더 많은 Linux 커널 구현이 있었습니다.

"하드웨어 산업에 대한 우리의 과제는 지속 가능한 RISC-V를 중심으로 5~6개의 코어 구현 제품군을 어떻게 확보할 것인가입니다."

롭 오샤나

NXP Semiconductors의 R&D 소프트웨어 엔지니어링 부사장인 Rob Oshana는 오픈 소스 하드웨어가 오픈 소프트웨어와 거의 동일한 방식으로 진화할 것이라고 제안합니다. Linux 커널 아카이브를 통해 "Linux는 수천 명의 개발자가 협업 방식으로 사용하고 기여하는 실제 소스 코드입니다."

“RISC-V International은 구현이 아니라 사양을 소유합니다. 이 사양은 매우 협력적인 방식으로 발전했으며 RISC-V 커뮤니티 및 생태계의 현재 상태를 고려할 때 작동하는 것으로 입증되었습니다.”라고 Oshana가 말했습니다.

"재단이 공개 구현을 소유하지 않기 때문에 OpenHW Group은 Linux Foundation과 같은 무료 공개 구현과 기타 자료를 개발하기 위한 헌장으로 그 공백을 채우고 있습니다."

필요함:단순한 사양이 아닌 커뮤니티 지원

오픈 소스가 소프트웨어에서 하드웨어로 확장됨에 따라 커뮤니티 또는 파트너 생태계 참여에 대한 요구가 증가하고 있습니다. “모든 열린 커뮤니티에는 양육, 보살핌 및 먹이가 필요합니다. Git에 무언가를 던지고 'open'이라고 부르는 것은 항상 실패합니다. 커뮤니티가 필요합니다.”라고 Oshana는 주장했습니다.

"코어, 보드, 소프트웨어, 참조 플랫폼을 구축하려는 커뮤니티의 노력이 없었다면 OpenHW 그룹 코어는 성공하지 못했을 것입니다." OpenHW Group은 "이 하드웨어 기술도 성공적으로 만들기 위해 모범 사례를 활용하고 있습니다."라고 덧붙였습니다.

핵심은 모범 사례를 활용하고 "[하드웨어 개발]을 성공적으로 만들고 유지하기 위해 실제 엔지니어링에 지속적으로 투자하는 것"이라고 Oshana는 주장했습니다. "각 배포판은 어떤 면에서 고유할 것입니다."

한편, 오픈 소스 도구는 계속해서 발전하고 있습니다. "시간이 지남에 따라 이를 지원하려면 안정적인 하드웨어 기반 도구 세트가 필요합니다."라고 Oshana는 말했습니다. 그와 다른 사람들은 열린 커뮤니티의 진정한 척도는 참여 수준이라고 제안합니다. 예를 들어, 구현이 릴리스되면 사용자 커뮤니티가 변경 요청, 버그 수정 등을 관리하는 방법이 핵심 메트릭입니다. "이것은 Linux의 업스트림 프로세스와 동일합니다."라고 Oshana는 말했습니다. "관리자의 역할이 명확해야 합니다."

마크 히멜슈타인

이 커뮤니티 측면은 RISC-V International의 최고 기술 책임자인 Mark Himelstein도 강화했습니다. “Linux가 반드시 최고의 OS는 아니지만 사람들이 왜 Linux를 채택했을까요? 커뮤니티와 지원이 있기 때문입니다. 마법은 소유권의 자존심이었다. 이제 Linux를 사용하는 것은 당연한 일이 되었으며 RISC-V를 통해 우리는 하드웨어의 Linux라고 생각합니다. 5년에서 10년 후에는 RISC-V도 마찬가지로 하드웨어에 대해 생각할 필요가 없을 것이라고 믿습니다.”

하드웨어가 소프트웨어보다 강함

오픈 소스 하드웨어와 소프트웨어는 주로 스택 전체의 복잡성 측면에서 다릅니다. O'Connor는 "현재 생산 중인 실리콘 볼륨의 대부분을 보십시오. 그 볼륨의 95% 이상이 Verilog 기반 도구 흐름 및 해당 생산 릴리스에 대한 상용 검증 인프라에서 생산 및 검증되었습니다."라고 말했습니다. "따라서 누군가가 코어를 채택하기를 원한다면 해당 상용 도구 흐름에 쉽게 통합되어야 합니다."

SoC 공급업체는 주로 SystemVerilog 범용 검증 방법론 검증 환경을 사용합니다. O'Connor는 "우리는 그들이 다른 것을 사용하도록 가르치거나 설득하려고 하지 않을 것입니다."라고 말했습니다. "이러한 오픈 소스 블록의 RTL 채택을 정말로 원한다면 해당 도구 흐름에 참여할 수 있어야 합니다."

그러나 하드웨어의 물리학은 소프트웨어 개발자가 직면하지 않은 문제를 제공합니다. 더 큰 노드에서 프로세스 설계와 같은 영역의 작업을 고무적인 것으로 인용하는 O'Connor는 "반도체 팹의 기하학 수준에서 물리학에서 바로 그 팹 프로세스의 비법이 있습니다."라고 말합니다.

"팹에 레시피가 있고, 그 위에 라이브러리가 있으며, GDSII를 생성하기 위한 CAD 도구의 물리적 계층과 마스크 기술 자체가 있습니다. 그런 다음 마스크를 생산하는 장비, 디자인을 검증하는 데 사용하는 시뮬레이션 및 검증 소프트웨어와 도구, 디자인을 캡처하고 합성하는 데 사용하는 합성 도구, 그런 다음 해당 디자인에 들어가는 IP"라고 설명했습니다.

“그 스택에 있는 모든 레이어에는 수십 년에 걸쳐 개발된 모든 레이어와 관련된 심층적인 특허 포트폴리오가 있습니다. 그리고 각 레이어 사이에는 많은 연결이 있습니다. 따라서 오픈 소스 구현 및 도구로 전체 스택을 오픈 소스 구현 및 도구로 교체하려는 시도는 상업적 회사가 하려고 하는 일이 아닙니다.”라고 O'Connor는 말했습니다.

OpenHW Group의 설립자들은 RISC-V 코어를 위해 특별히 설계된 생태계를 만들지 여부를 고려했습니다. 그들은 결국 하지 않기로 결정했습니다.

O'Connor는 그들의 첫 번째 목표가 이러한 코어를 만드는 것이라고 말했습니다. “그러나 우리는 오픈 소스 하드웨어 구현 문제 해결에 대한 비전과 사고 방식으로 이를 수행하고 있습니다. 다시 말해, 공통 빌딩 블록을 사용하여 이기종 클러스터를 쉽게 구축하고 이를 기반으로 구축된 가속기 및 확장 기능과 같은 자신만의 비밀 소스를 사용하여 클러스터를 맞춤화할 수 있습니다."

여기에는 공통 요소에 대한 협업과 소프트웨어 도구 수준, 하드웨어 RTL 수준, 심지어 검증 수준에서 인터페이스 지점을 정의하는 작업이 포함됩니다. "부가가치는 사용자 지정 가속을 추가하고 비밀 가속기 알고리즘을 구현하는 이러한 사용자 지정 이기종 클러스터를 구축하기 위해 공통 빌딩 블록 세트를 수정하는 방법입니다. 따라서 ISA로서의 RISC-V를 사용하면 프로세서 코어 수준에서 강력한 공통 빌딩 블록을 시작한 다음 이를 기반으로 구축할 수 있다는 개념입니다. 동시에 최고의 상용 도구를 활용하여 구현자에게 높은 신뢰도를 제공합니다.

"그래서 IP는 신뢰할 수 있는 것입니다."

그는 오픈 소스 FPGA가 곧 등장하고 결국 SoC가 나올 것이라고 예측합니다.

상업적 관점

Andes Technology는 상업 회사가 오픈 소스 인프라에 연결하는 방법의 한 예입니다. 대만 회사는 여러 고객 구현을 발표하면서 여러 RISC-V 기반 프로세서를 출시했습니다.

SK Telecom과 Renesas를 위한 RISC-V 코어를 설계하는 것 외에도 Andes는 최근 5G 기지국 칩을 개발하는 스타트업인 EdgeQ가 Andes 맞춤형 확장 기능이 있는 코어 RISC-V 라이선스를 사용하여 개방적이고 프로그래밍 가능한 AI가 통합된 5G 플랫폼. 사용자 지정 확장을 통해 EdgeQ는 자체 명령 세트를 설계, 확장 및 사용자 지정하여 현재 무선 인프라로는 충족되지 않는 새로운 성능, 기능 및 전력 프로필을 달성할 수 있습니다.

프랭크웰 린

Andes Technology의 Frankwell Lin 사장은 “우리에게 RISC-V는 오픈 소스 코어가 아니라 하드웨어 인터페이스 또는 설명을 위한 오픈 소스 ISA입니다. “RISC-V 진영에서 회사에서 회사로 우리는 경쟁자입니다. 우리는 RISC-V 표준 수준에서 협력합니다. 하지만 일상적인 비즈니스에서는 서로 경쟁해야 합니다.”

Andes는 임베디드 RISC 코어와 독점 ISA 아키텍처에 대한 10년의 경험을 자랑합니다. Lin은 "리소스의 90%를 RISC-V 개발로 옮겼지만 라이선스 비즈니스를 수행하는 독점 코어가 여전히 남아 있으며 둘 다 여전히 작동합니다"라고 말했습니다.

RISC-V 외에도 Lin은 개방형 및 산업 표준 하드웨어 구성 요소의 양이 증가하고 있음을 지적했습니다. "하드웨어에서 RISC-V는 오픈 소스가 처음이 아닙니다." 예를 들어 Verilog 하드웨어 설명 형식은 대부분 EDA 리더인 Cadence와 Synopsys 간의 합의에 따라 오픈 소스라고 Lin은 말했습니다.

또한 PCIe, USB, OpenCL 및 OpenCV와 같은 하드웨어 인터페이스 표준은 물론 연결을 위한 Bluetooth 및 WiFi도 열려 있습니다.

오픈 하드웨어 도구 목록이 늘어남에 따라 핵심 질문은 오픈 소스 하드웨어 채택을 촉진하기 위해 Linux 커널과 유사한 기반이 필요한지 여부입니다. Linux와 마찬가지로 커뮤니티 지원 및 개별 회사 기여가 중요합니다.

그러나 설계 도구와 생산 장비에 대한 막대한 투자로 인해 오픈 소스 하드웨어는 판매가 어렵습니다. 이러한 장애물은 하드웨어 설계 및 생산의 각 계층에서 훨씬 더 복잡한 문제를 해결하기 위해 하드웨어 블록이 기존 도구 체인과 쉽게 통합되어야 함을 의미합니다.

>> 이 기사는 원래 다음 날짜에 게시되었습니다. 자매 사이트인 EE Times.

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