O Hardware Open-Source Pode Rivalizar com o Legado do Linux?

Este ano marca o 30º aniversário do lançamento do kernel Linux, a pedra angular do movimento de software open-source. O código livremente disponível do kernel impulsionou centenas de distribuições Linux robustas, estáveis e flexíveis, criando um legado de inovação e confiabilidade.

Da Software para o Silício

Dado esse sucesso, a mesma filosofia open-source pode ser aplicada ao hardware? Uma arquitetura de conjunto de instruções (ISA) como a RISC-V pode servir como base para uma proliferação de silício open-source, espelhando o papel do Linux para o software?

A resposta é simultaneamente sim e não.

A RISC-V é de fato um padrão aberto, oferecendo a liberdade, flexibilidade e velocidade necessárias para construir produtos em torno dela. No entanto, o hardware é inerentemente mais complexo, envolvendo múltiplas camadas da pilha, o que significa que não é tão simples quanto distribuir um pacote de software.

Perspectivas do Ecossistema

Para explorar essa questão, consultamos os principais stakeholders do ecossistema RISC-V — incluindo o OpenHW Group, RISC-V International, NXP Semiconductors e Andes Technology. Seus insights destacam semelhanças com o software open-source, identificam barreiras à adoção de hardware e ressaltam a importância de uma comunidade e ecossistema vibrantes.

Qualidade e Ecossistema de Suporte São Críticos

Rick O'Connor, presidente e CEO do OpenHW Group, compara a RISC-V ao kernel Linux: "A ISA RISC-V é o que o kernel foi para o Linux no início, e outros projetos de software open-source brotaram a partir dele." Ele acrescentou que a ISA é a semente a partir da qual um ecossistema de hardware pode crescer.

O'Connor alerta que a qualidade continua sendo uma barreira significativa. "Se você trabalha em uma empresa de SoC de alto volume, não pode simplesmente adotar um core derivado de universidade e declará-lo pronto para produção." Para resolver isso, o OpenHW Group defende um fluxo de verificação aberto que demonstre qualidade e confiabilidade, dando aos fabricantes de alto volume confiança comparável ao desenvolvimento interno.

Ele também esclarece equívocos sobre a RISC-V International, a fundação que supervisiona a especificação da ISA. "A fundação não se trata de desenvolver cores; ela define a arquitetura do conjunto de instruções. A adoção pode ser comercial, open-source, closed-source, com fins lucrativos ou sem fins lucrativos, e suporta uma variedade de linguagens de captura de lógica."

O'Connor enfatiza que o foco do OpenHW Group vai além do design de cores. "Estamos desenvolvendo artefatos para computação em cluster heterogêneo, permitindo diversos tamanhos de SoC, agrupamento de diferentes tipos de cores, aceleradores e blocos personalizados." Isso se alinha com a promessa da RISC-V de permitir que qualquer pessoa una um core sem restrições contratuais.

Ele observa que a ISA já desencadeou "uma nova fronteira na inovação", permitindo que desenvolvedores construam do zero. "Nosso desafio é estabelecer cinco ou seis famílias de cores sustentáveis em torno da RISC-V."

Rob Oshana, vice-presidente de engenharia de software para P&D na NXP Semiconductors, traça um paralelo: "O Linux é código-fonte real ao qual milhares de desenvolvedores contribuem colaborativamente via Linux Kernel Archives." Ele ressalta que a RISC-V International possui uma especificação, não uma implementação, e que o OpenHW Group está preenchendo a lacuna ao fornecer implementações e colaterais gratuitas, abertas e livres de royalties, muito como a Linux Foundation.

Suporte da Comunidade, Não Apenas Especificação, É Essencial

O open-source prospera com o engajamento da comunidade. "Simplesmente colocar algo em um repositório Git e chamá-lo de 'aberto' não é suficiente", argumenta Oshana. "Uma comunidade deve nutrir, cuidar e fazer crescer o projeto." Ele aponta que os cores do OpenHW Group têm sucesso devido a esforços coletivos na construção de cores, placas, software e plataformas de referência.

Oshana pede investimento contínuo em engenharia e melhores práticas. "Cada distribuição será única, mas o sucesso depende de um conjunto confiável de ferramentas baseadas em hardware e papéis claros de mantenedores — semelhante ao processo de upstreaming no Linux."

Mark Himelstein, CTO da RISC-V International, ecoa esse sentimento: "A adoção do Linux não se deveu apenas à sua superioridade técnica; foi a comunidade e o suporte. Com a RISC-V, acredito que estamos no caminho para nos tornarmos o Linux do hardware."

O Hardware É Mais Complexo Que o Software

A pilha multi-camadas do hardware adiciona complexidade. "Mais de 95% do volume de silício hoje é produzido e verificado usando fluxos de ferramentas baseados em Verilog e infraestrutura de verificação comercial", observa O'Connor. "Para encorajar a adoção, os cores devem integrar-se perfeitamente às cadeias de ferramentas comerciais existentes."

Fornecedores de SoC normalmente empregam a Metodologia Universal de Verificação (UVM) SystemVerilog. "Não tentaremos forçar uma nova metodologia", diz O'Connor. "Se quisermos adoção de RTL de blocos abertos, eles precisam se encaixar no ambiente UVM familiar."

Ele destaca a física da fabricação de silício — receitas de processo, bibliotecas, ferramentas CAD, máscaras GDSII e software de verificação — todas fortemente patenteadas. "Substituir toda a pilha com implementações open-source não é realista para nenhuma empresa comercial."

Os fundadores do OpenHW Group decidiram não construir um ecossistema proprietário para cores RISC-V. Em vez disso, seu objetivo é fornecer blocos de construção de hardware abertos que facilitem clusters heterogêneos e aceleradores personalizados, enquanto aproveitam ferramentas comerciais para garantir alta confiança.

O'Connor prevê que FPGAs open-source surgirão em breve, seguidos por SoCs open-source.

Perspectiva Comercial

A Andes Technology exemplifica como uma empresa comercial pode integrar infraestrutura open-source. A empresa taiwanesa lançou múltiplos processadores RISC-V e anunciou implementações de clientes.

Além de projetar cores para SK Telecom e Renesas, a Andes revelou recentemente que a EdgeQ, uma startup desenvolvendo chips de estação base 5G, usará um core RISC-V licenciado da Andes com uma extensão personalizada para entregar uma plataforma 5G aberta e programável com IA integrada. A extensão permite que a EdgeQ adapte conjuntos de instruções para desempenho, recursos e energia que as soluções sem fio atuais não têm.

Lin explica: "A RISC-V é uma ISA open-source para descrição de hardware, não um core aberto. As empresas cooperam no padrão, mas competem nos negócios." Ele acrescenta que a Andes equilibra uma década de expertise proprietária em cores com uma mudança de 90% para desenvolvimento RISC-V.

Lin observa que o hardware tem outros padrões abertos — Verilog, PCIe, USB, OpenCL, OpenCV, Bluetooth e Wi-Fi — frequentemente acordados por líderes da indústria. À medida que mais ferramentas de hardware aberto surgem, a questão permanece se uma fundação análoga ao kernel Linux é necessária para impulsionar a adoção. O engajamento da comunidade e contribuições corporativas são cruciais.

No entanto, investimentos pesados em ferramentas de design e equipamentos de produção tornam o hardware open-source uma proposição desafiadora. Blocos de hardware devem integrar-se com cadeias de ferramentas existentes para gerenciar a maior complexidade em cada camada de design.

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