Por que o hardware aberto é tão raro? [fechadas]

Estou tentando entender por que o hardware aberto é muito mais difícil de encontrar do que o software. Tentei procurar on-line e não consegui encontrar uma explicação satisfatória.

Entendo que o hardware é muito mais fácil de manter o proprietário e muito mais difícil (impossível) fazer a engenharia reversa (no caso de ICs, e não PCBs), mas por que isso impediria iniciativas de hardware abertas?

É o custo de fabricação? É a falta de conhecimento compartilhado sobre design de hardware? É a complexidade envolvida?

Com o advento dos FPGAs tornando tão fácil o design de hardware (embora eles também sejam proprietários), eu esperaria que o hardware aberto decolasse em uma taxa muito mais rápida do que foi.

Sinto muito se este é o lugar errado para perguntar, mas isso me deixa perplexo há um ano e me fez desejar ter feito Ciência da Computação em vez de Engenharia da Computação.

Todos podem editar o código-fonte em casa, muito poucas pessoas têm uma fábrica de chips para eliminar alguns chips personalizados. Os bytes são livres para criar e distribuir, os materiais não.

Há também a questão de que o código-fonte é portátil e, embora os arquivos CAD, etc. sejam portáteis, há muito mais custos indiretos, erros e custos de instalação.

A impressão 3D ultrapassa alguns limites, talvez um pouco de esforço possa fazer o mesmo com a tecnologia (muito mais antiga) de usinagem, ambas as peças e PCBs.

Editado para acrescentar: relendo a pergunta e talvez a intenção da pergunta relacionada aos FPGAs, eu diria que eles ainda são um pouco obscuros para muitos, e não estão no radar da maioria das pessoas. A barreira de entrada é bastante alta, em termos de esforço, entendimento e ferramentas.

O hardware aberto não é realmente difícil de encontrar. Empresas como Sparkfun, Adafruit e Arduino disponibilizam esquemas e firmware publicamente. Também não vamos esquecer a comunidade de criadores por aí que contribui muito para o hardware aberto. Há também a Open Source Hardware Association (mas você provavelmente já sabia disso!).

Parece que o software de código aberto é um pouco mais proeminente que o hardware aberto, mas o hardware aberto está lá fora - e é grande. Apenas gaste 2 minutos em Instructables e você verá. A falta de conhecimento compartilhado definitivamente não é um problema.

Concedido no entanto, você provavelmente não verá muitos códigos verilog ou VHDL gratuitos (como em liberdade), mas eles estão lá fora. Parece que microcontroladores, em vez de FPGAs, dispararam bastante na comunidade de fabricantes / fabricantes de hardware.

Vejo que você esclareceu algumas coisas nos comentários em relação ao hardware aberto no verdadeiro sentido da palavra em que as pessoas poderiam criar seu próprio design e fabricar do zero, em vez de publicar projetos baseados em peças proprietárias.

Em grande parte, isso se resume aos custos e à complexidade da fabricação. Tomando seu exemplo do OpenRISC no momento, três opções principais vêm à mente, esses custos são muito altos, mas são indicativos de coisas produzidas em centenas a milhares de unidades, e não milhões:

• Use a plataforma ARM proprietária e compre chips da Atmel ou de mais de 20 outros fabricantes. Os custos dizem US $ 5 por peça, os chips estão bem documentados e comprovados e os custos de instalação / lead time são praticamente nulos. Eles não exigem muitos circuitos de suporte e muitos vêm em pacotes ou em placas de protótipo baratas que podem ser facilmente soldadas à mão.

• Pegue o processador OpenRISC, adicione periféricos de suporte e carregue em um FPGA. Definitivamente um projeto de hardware aberto "em casa" / realizável e também sem muitos custos de instalação. No entanto, o FPGA ainda é proprietário, como você apontou, e é mais provável que ele chegue a US $ 20 por peça, incluindo circuitos de suporte, sem mencionar que muitos pacotes são muito mais difíceis de soldar manualmente.

• Pegue o processador OpenRISC, adicione periféricos de suporte e obtenha um ASIC à sua escolha, você pode até comprar suas próprias instalações. Conseguir que um ASIC fosse fabricado em uma fábrica de fabricação existente chegaria às centenas de milhares de marcas, a compra de suas próprias instalações para produção seria da ordem de centenas de milhões.

Outra coisa a lembrar é que, embora os FPGAs facilitem as coisas em alguns projetos, eles realmente cobrem apenas o domínio digital. A maioria dos projetos do mundo real requer muitos circuitos de suporte analógico para executar sua função final, de modo que um FPGA pode não ser uma solução universal como você acredita.

Os aspectos "liberdade para redistribuir cópias" e "liberdade para modificar" do software livre realmente não se traduzem bem em hardware. Há trabalho e custo associado à cópia de um quadro e muito mais associado à cópia de um ASIC (modificado ou não). Simplesmente não estará ao alcance do usuário médio em um futuro previsível.

Outro fator é a obsolescência rápida. Alguns dos softwares abertos do UNIX têm trinta anos; O GCC tem cerca de 25 anos. O hardware aberto geralmente terá um tempo menor antes de começar a parecer terrivelmente obsoleto. Isso é especialmente verdade em todas as coisas que as pessoas realmente desejam abrir: processadores, hardware gráfico, interfaces sem fio.

(Você poderia ter um substituto aberto, por exemplo, o 555 ou o LM741, que seria mais atemporal, mas qual seria o objetivo? Como ele diferiria materialmente dos atuais?)

Certamente há espaço para o desenvolvimento de hardware da "comunidade", mas isso depende de ter uma comunidade estável e sensata * que possa concordar com o que deseja e está disposta a pagar. Novamente, requer muito trabalho.

* (O uso de um chip Broadcom semi-fechado no Raspberry Pi atraiu um grupo pequeno, mas com muita raiva vocal de reclamantes. Acho que esse tipo de coisa afasta as pessoas sensatas do tipo de projeto que seria necessário para criar o design Open ASIC Uma substituição pode ser feita por cerca de US $ 5 milhões e um ano de trabalho, a menos que haja obstáculos catastróficos às patentes. Você teria que perder o hardware de decodificação de vídeo sobrecarregado por patentes e obter uma licença do conjunto de instruções da ARM.)

A cadeia de ferramentas é muito menos acessível para o homem na rua. Todo mundo e seus tios podem obter um complementador, banco de dados, ..., mas um osciloscópio, gerador de funções, suprimento de bancada, uma biblioteca de peças e as habilidades conquistadas com muito esforço para usá-las apenas significam que haverá ordens de magnitudes menos jogadores no jogo de hardware aberto.

Concordo plenamente com a avaliação da "ordem de magnitude" de quão fácil e acessível é o software aberto versus o hardware aberto. Ele se resume a 'bits' versus 'átomos'. O custo e os problemas associados ao trabalho em um projeto de software aberto são extremamente baixos e as ferramentas e a infraestrutura (Internet, github e seu PC) foram pagas antes de você iniciar o seu projeto de software aberto, para que o custo adicional seja o seu tempo.

O hardware aberto exige que você obtenha os 'átomos' apenas para iniciar o projeto e, como uma postagem anterior declarou:

• Usar o produto padrão de uma empresa é a sua opção de menor custo (US $ 5 a US $ 100) *
• O implemento de FPGA tem um custo mais alto (US $ 20 a US $ 2000)
• Seu próprio ASIC personalizado (US $ 200.000 a US $ 2.000.000)
• Sua própria fábrica para fazer suas peças (US $ 500.000.000 a US $ 2 bilhões)

'* Esses custos incluem os custos de desenvolvimento e de chip

Agora, o movimento aberto do hardware de sinal misto não tem o benefício de uma opção semelhante ao FPGA mencionada acima, com custos de desenvolvimento e dispositivos mais razoáveis.

As empresas [sim, minha empresa é uma delas] estão trabalhando para criar soluções configuráveis ​​de sinal misto que trariam um modelo de negócios semelhante ao FPGA ao design de chips de sinal misto e analógico. De alguma forma, o hardware aberto em um chip de sinal misto configurável se presta a abrir projetos de hardware mais do que os projetos em nível de PCB fazem hoje.

Sim, estou dizendo que o design de chip configurável poderia ser mais fácil do que o design de PCB.

Um chip configurável conteria IP comprovado em silício que poderia ser interconectado com alterações na camada de máscara única por ferramentas de design automatizadas semelhantes a um local e rota de FPGA e fluxo de configuração. E os projetos de sinais mistos não se tornam obsoletos tão rapidamente quanto os projetos digitais, porque os circuitos analógicos não precisam perseguir o baixo de Moore como os projetos digitais.

Ser capaz de trabalhar com uma equipe distribuída no conteúdo de um chip configurável pode trazer conceitos e benefícios de software aberto para o design de hardware aberto.

Nossa premissa é que os seguintes atributos ajudarão a tornar o hardware aberto mais popular:

• Hardware de chip de sinal misto configurável padronizado
• Blocos IP caracterizados e documentados
• Ferramentas de design de alto nível acessíveis que abstraem detalhes de design de chip totalmente personalizados
• Compilação automatizada de projetos de alto nível para dispositivos configuráveis
• Crie ferramentas de compartilhamento que suportem equipes distribuídas