中國能否催生開源硬體創新?

作者 : 顧正書,EE Times China

從Arduino和RISC-V的發展來看,起源於校園的研究專案,採用開源模式快速擴散,吸引更多的開發者參與到開源社群,並透過成立公司來帶動開源項目的技術創新和商業化,從而進入主流市場和專業應用領域,這樣的創新模式是成功的...

以開源MCU開發板著稱的Arduino在今年國際消費性電子展(CES 2020)上發表了鎖定工業物聯網應用的最新開發板Portenta H7,它採用MKR外形尺寸,支援Wi-Fi和藍牙無線連接,並配有USB-C周邊介面。其核心處理器是來自ST的STM32H747,這款雙核心微處理器整合了工作頻率為480MHz的Cortex-M7核心,以及240MHz的Cortex-M4核心。

以Arm Pelion物聯網技術為基礎,Arduino Portenta H7具有高性能、低功耗和寬溫度範圍等特性,售價僅100美元,特別適合機器學習/AI、馬達控制、人機介面、電腦視覺、IoT閘道器以及邊緣運算等新興應用。軟體方面,它可以支援Linux、Mbed OS及其他嵌入式即時作業系統,以及TensorFlow Lite、JavaScript、Python、MicroPython和Arduino等語言和標準庫。

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Arduino起源於2005年位於義大利Ivrea互動設計學院(Interaction Design Institute)的一個學生專案,一開始是想為初學者和專業人士開發一種透過感測器和致動器與周遭環境互動的低成本、易操作裝置。早期的開發板Arduino Uno配備一個RS-232序列介面,內建Atmel ATmega8微控制器。現在的MKR版本是在羅馬的Maker Faire上發表,除了外形尺寸改為67.64×25mm外,其內建的無線連接和其他特性特別適合物聯網和工業應用市場。Arduino現已吸引數千家公司參與開發和應用,全球用戶達數百萬,成為開源硬體創新的典範。

Linux、Apache、MySQL,甚至Android等開源軟體已經被科技行業所熟悉,但開源硬體是否也可以像軟體一樣流行呢?Arduino還只是開發板,晶片設計是否也可以採用開源的模式呢?RISC-V的流行給出了肯定的答案。

RISC-V最初起源美國加州大學柏克萊分校(University of California, Berkeley),是一個開放的電腦指令集架構(ISA),其基礎指令只有幾十條,比x86和Arm架構要精簡很多。封閉且授權昂貴的x86和Arm架構分別主導了PC/伺服器市場和智慧型手機市場,但在新興的AI和IoT市場卻難以滿足低功耗、小尺寸和碎片化的要求。RISC-V作為一個開源、開放,甚至免費的ISA及晶片設計模式,為開源硬體帶來一股清新的力量。

SiFive是由RISC-V發起團隊創辦的晶片設計公司,其最新發佈的SiFive Learn Inventor是一款基於RISC-V晶片的IoT開發板,已經獲得亞馬遜AWS雲端平台的認證。亞馬遜FreeRTOS即時作業系統現已完全支援RISC-V,並提供一系列免費和開源的開發套裝軟體。

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SiFive的這款IoT開發板採用SiFive的150 MHz FE310 SoC,內建Wi-Fi和藍牙連接功能,並提供了多種介面和感測器,比如加速度計、溫度計、指南針和環境光感測等。它為開發者採用RISC-V開發物聯網裝置提供了一個低門檻的切入點,必將推動更多接入AWS雲端平台的智慧裝置採用和支援RISC-V。

RISC-V也受到了中國半導體業的熱情擁抱,從阿里平頭哥到華為海思,再到紫光展銳和兆易創新,以及RISC-V新創公司芯來科技和優矽科技等,對應Arm Cortex M系列和A系列的RISC-V處理器核心和晶片開始出現在新興的AIoT應用市場。我們相信2020年將會出現更多基於RISC-V的硬體創新和新興應用,這也將帶動中國大專院校微電子專業和晶片設計產業有更多人參與到這一開放、開源的硬體創新浪潮中。

從Arduino和RISC-V的發展來看,起源於校園的研究專案,採用開源模式快速擴散,吸引更多的開發者參與到開源社群,並透過成立公司來帶動開源項目的技術創新和商業化,從而進入主流市場和專業應用領域,這樣的創新模式是成功的,值得未來的硬體創新人士和公司借鑒學習。

(本文同步刊登於電子工程專輯雜誌簡體中文版2020年3月號)

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