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破壞式創新——台灣敢砸錢量產「開源處理器」嗎?

photo credit:Steve wilson(CC BY 2.0)
photo credit:Steve wilson(CC BY 2.0)

前言

2005年冬天,義大利一家科技學校的老師Massimo Banzi,為了讓學生們有好用的微控制器開發板,於是和西班牙籍的David Cuartielles 討論了這個問題,結果設計出了Arduino

重要的是,他們決定將這個開發板的電路公開,成為開放原始碼電路板。至此之後,開放原始碼從軟體領域跨入了硬體領域。

如今Arduino已經成了全球最受歡迎的「單晶片開發板」,甚至連Intel都希望能與Arduino合作。

無獨有偶的,2006英國的樹莓派基金會想要讓小孩也能學會電腦硬體,於是請Eben Upton負責設計,結果在2011年八月做出了「樹莓派單板電腦」(Raspberry Pi)。

而且首批「樹莓派」共一萬個電路板是在中國與台灣製造的,而不是在英國。

現今,Arduino與「樹莓派」都已經成為「學校與個人」學習電腦硬體的重要工具,它們已經改變了整個「電腦硬體學習」的產業生態,成為「電子產業的後起之秀」。

為何台灣沒做出Arduino與樹莓派?

我常常在想,台灣身為電子產業的大國,有能力做出Arduino與樹莓派的工程師所在多有,但為何台灣沒有人領先做出Arduino、樹莓派,或者是更棒的開源硬體產品呢?

是台灣沒有這樣的技術嗎? 喔!不!絕對不是!

我們所缺乏的,不是技術,更不是資金,而是一種開放原始碼的心態,一種「不為營利」而創造發明的生活態度。

而正是由於「在商言商」的想法,讓我們錯失了成為「開放原始碼硬體產業」領頭羊的機會。

當電子業的利潤越來越薄,當原本的高科技已然成了「傳統產業」,我們是否還要死守著那些所謂的技術而不放,是否還要把這些技術隱藏起來,而不是開放出來呢?

如果我們採用更開放的態度面對這個世界,我們究竟會獲利或者是受害呢?

如果我們更開放

假如我們願意採用更開放的態度面對這個世界,暫時不要計較獲利,那麼、台灣可以為「開放原始碼」世界貢獻些甚麼呢?

舉個例子而言,目前「開放原始碼」世界裏,已經有了幾款「開源處理器」(Open Source CPU),像是OpenRISC就是一顆發展相當完整的「軟核心」(Softcore)處理器,這種處理器很可能是台灣切入「開放原始碼」世界的關鍵進入點。

什麼是軟核心?

在數位 IC 設計領域,對於較複雜的產品,通常會採用Verilog或VHDL這樣的硬體描述語言來進行設計,這些設計透過EDA自動化工具轉換成「數位電路」之後,才能進一步放到晶圓內成為IC。

而那種採用Verilog或VHDL所設計出來的處理器,就稱為軟核心,因為這些核心通常不是直接被拿進晶圓廠生產,而是先燒錄到「可程式化晶片」當中,成為一種在現成IC上建構出特有電路的處理器,這種「可程式化晶片上的處理器」就稱為「軟核心」。

上述的OpenRISC處理器,就是這樣的一種軟核心處理器。

最近幾年,在開放原始碼的世界裡,採用Verilog或VHDL設計出來的開放電路已經越來越多了,從簡單的數位電路到複雜的CPU、GPU、SOC等領域都有人釋出開放原始碼的作品,而且支援度越來越完整。

像是 OpenRISC 上就已經有了gcc編譯工具、虛擬機等軟體,有了這些工具之後,我們究可以輕易的將FreeRTOS、Linux或是Android等開放原始碼作業系統給移植到OpenRISC處理器上,形成一套從軟體到硬體全部開放的電腦。

這樣的開放電腦,在可程式化的FPGA上面,已經由成大的蘇文鈺老師團隊透過 OpenRISC建構出來了。

開源處理器

假設若要請台積電等廠商量產OpenRISC這類開源處理器的話,那麼至少需要上億的資金,這樣的資金是學校單位不可能擁有的。因此需要「具有規模與實力」的廠商才有辦法完成這個「不可能的任務」。

那麼開放原始碼的世界還需要些甚麼呢?台灣的電子業廠商又能做些甚麼呢?

其實是有的。假如台灣電子產業願意擁抱開放原始碼的話!

上述的 OpenRISC 目前還是只有軟核心(Softcore),而沒有硬核心(Hardcore)。也就是說、OpenRISC可以燒錄到FPGA上成為「軟處理器」,但是還沒有人將 OpenRISC做成專用晶片(ASIC)。

基本上,FPGA 上的軟核心有幾個問題,那就是執行速度會比製作成硬核心慢上幾十倍,甚至上百倍,而且 FPGA 的生產成本比硬核心高很多,所以通常在量產市場上的價值有限,但是在學習的角度上卻很有價值。

就我所知,雖然還有兩個團體也推出了「開源處理器」,一個是歐洲太空科技研究中心(European Space Research and Technology Centre)所推出的LEON系列處理器,另一個是被「甲骨文」(Oracle)所併購的昇陽 (Sun)所推出的OpenSPARC 系列,而且LEON還是衍生自SPARC系列,因此兩者是有親屬關係的。

但是這兩個系列幾乎都鎖定「高階市場」,而且都有廠商在主導,因此也很難受到開放原始碼開發者的信賴,不像 OpenRISC 是由硬體開源社群OpenCores所設計的,因此在OpenRISC在對開源社群的吸引力上還是略勝一籌的。

一當台灣廠商願意擁抱開放原始碼的話,砸錢下去量產一顆「單核心的低階開源處理器」會是一個非常重要的貢獻,而且這樣的行動很可能會造成全球電子產業生態的大改變,影響將會是全面性的。

透過低階「單核心處理器」市場的切入,我們可以將OpenRISC連接上Arduino開發工具,在嵌入式開發板上奪取低階處理器的市場,雖然這個市場的單價不高,但卻是開源玩家與教育單位最常使用的市場。

一但佔有了「開源教育」市場,就可以進一步進軍「手持式裝置」這類的市場,整個市場的規模將有機會擴大數十倍到百倍。

目前的處理器市場戰況

目前處理器領域的主要角色,是美國的Intel(英特爾)、AMD與英國的ARM (安謀)公司,Intel與AMD主要生產的是桌上型電腦的處理器,而ARM則是在手機與平板等行動裝置上佔有絕對優勢的地位。

Intel與AMD等公司都有晶圓廠,可以自行生產處理器,但是ARM這家公司沒有晶圓廠,也不生產處理器,而是將其設計的處理器授權給三星、德儀等公司去生產,賺的錢純粹是智慧財產的授權金。

當然,也有其他國家虎視眈眈的想要進入處理器的領域。像是中國大陸的「龍芯」計畫就一直想要生產自己的處理器,而台灣的「晶心科技」(Andes)則是由行政院與聯發科等廠商聯手想要進入此一領域,另外像台灣的「威盛」也一直企圖在處理器領域能得到更大的市場份額。

然而上述廠商大都採用「閉源」(Closed Source)的思路模式,把處理器當成是自家的商業機密,而且申請很多專利來防止他人仿造自己的處理器。

也正因為如此,在處理器設計上後進的國家,像是中國與台灣,都還沒辦法成功的切入處理器的世界級供應鏈中。

如果,我們能轉換一下思維,不要事事都想著獲利,把心一橫,就當把錢拿去捐獻做公益了,或許反而能為整個產業開闢一條全新的道路也說不定。

我知道台灣有不少公司都具備這樣的能力與本錢,但是卻因為「沒有利潤」的思維障礙,而不願意投入「開源處理器」的生產領域,為開放原始碼世界創造出新的格局。

或許,改變世界的最快道路,就是「繞遠路」,因為那些看得到的機會,早就被人擠爆而難以進入了!

如果我們願意捨近求遠、甚至是不求回報的話,我們反而會擁有一個絕佳的機會點,投入「開源處理器」的設計與生產行動,將會是台灣切入「處理器產業」的絕佳機會。

回想15年前,世界上應該還很少人會認為「作業系統」領域會被「開放原始碼」所佔領,微軟的Windows會輸給像Linux這樣的作業系統。但是15年後的今天,Linux已然是全球占有率最高的作業系統,因為Google透過架構在Linux上的 Android系統已經佔有了大部分的「手機與平板」裝置,其數量早已超過了桌上型電腦,於是Linux成為了全世界工業影響力最強大的作業系統。

呼籲

時至今日,我認為「開源作業系統」的故事,很可能會在「處理器」這個領域再度上演,假如台灣能夠藉由目前在「IC設計與晶圓代工」領域的優勢量產能力,暫時不計較成本與利潤,投資並切入「開源處理器」的量產,我們很可能會有機會成為未來「開源處理器」產業的領頭羊,讓台灣在處理器市場的地位從邊緣邁向核心,就像Google透過Android在作業系統市場戰勝了微軟一樣。而不是死守著代工的地位不放,因為遲早中國大陸的代工產業將會超越台灣,而成為全球代工產業的龍頭。

郭董、張董、蔡董、王董、以及那些有實力生產「開源處理器」的廠商們,我代表「開放原始碼社群」,誠摯的邀請你們一同來改變這個世界。

台灣仍然是有實力與影響力的,只要我們願意把利潤先放下,暫時不求回報,投入「開源處理器」的設計與生產行列,我相信反而能為整個電腦工業體系帶來前所未有的革命,讓台灣在開源的世界裏不再缺席!

如果您的公司願意生產「開源處理器」,請與我連絡!

我的 email 是:ccckmit@gmail.com。

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