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摩尔定律“死了”,开源硬件“活了”

石亚琼 · 2015-04-09
开源硬件的风还没有来

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编者按:本文编译自《 The Death of Moore’s Law Will Spur Innovation》,有改动。原文发表于IEEE Spectrum,作者著名硬件黑客Andrew “bunnie” Huang,著有《Hacking the Xbox》一书。题图来自Serge Bloch。

如果按照传统的定义,现在做开源硬件的公司很少。虽然,最近几年这个领域公司数量有所提升,且成立了Open Source Hardware Association这样的组织,但它依然小众。

你可能以为原因很简单,只有空想主义者才会开这样的公司。但事实并非如此。与之相反,他们都很有商业头脑,他们看到了电子技术的飞跃。

原因很微妙,我会在下面解释。简单来说,电子技术迅速发展,本身有利于大的“封闭”的企业发展,而非小团队或个人创新;但现在这种情况正在改变。

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近50年来,微电子的发展一直受摩尔定律左右。

电子管时代,早期的消费电子产品,比如收音机和电视机,常常附有完整的原理图、更换零件的清单,以及用于维修的详细说明或者用户手册。 那时候,消费电子产品更新速度很慢,东西坏了我们也能对着说明书自己修下。

但是到了20世纪80年代,晶体管出现,个人电脑革命开始了。在摩尔定律的推动下,每18个月计算机的运算速度和内存容量就提高一倍。小公司根本没有必要制造硬件,因为等你凑齐所有的元件、造出产品时,新的芯片和原件可能已经出来了,DIY的产品就过时了。那时候,也没有多少人愿意去优化软件。因为等你优化完,新的计算设备已经问世,运行这些旧软件毫无压力。

下图左面的表格就是讲的这个事情。黑线代表的是小公司产品的性能提升(假设为75%的增长),红线代表的是摩尔定律。很明显,个人根本敌不过规律,制造创新的收益基本可以忽略不计。在这样的背景下,大公司按部就班跟上摩尔定律的脚步,就是最经济的。

Image title那如果莫尔定律的时间从18个月减缓到36个月呢?这些小公司就有了收益的可能。就像右图显示的那样,黄色区域代表的就是有收益的区间。事实上,如果摩尔定律的速度再减缓,小公司的进步再加速,黄色的收益区域面积还会扩大。

曾经,你会觉得这是异想天开。但现在,这正在发生。摩尔定律正在减速。许多分析师和评论家最近警告说,指数增长的微电子时代即将结束。一个事实是, 1990年,晶体管数量是每18个月翻一番; 今天,这种个速度是24个月或以上。 也许不久,将放缓至36个月,最终他们会出现一个有效的停顿。

那时又会怎样呢?那一天,可能你将无法在第二年购买到更好的电脑,可能你购买下一个闪存驱动器的花费相同,可能你没办法期待下一个手机性能更强大。那时候,你购买的电子产品,可能“能用”很多年,电脑、手机或者其他的电子产品都能和手表、手势一样,都能成为传家宝

当然,它更深远的意义在于,他预示了许多创新的小企业能有一个光明的未来。如果一个企业能够提供性能更好的产品,在产品推出2-3年后有可能开始盈利。

此外,这也意味着一个更大的标准化平台的诞生。十年前,设计、生产一个标准的平板电脑或手机底盘,提供可以更换的零部件,很可笑。但现在,Google的 Project Ara做到了。

未来,即使是小公司,也有机会做出这样的平台。大公司可以选择继续闭源,但就逼迫着他们必须建立起自己的平台,提供底层基础设施,建立生态,不断优化产品。但结果就会发现,这是徒劳。他们应该把更多的时间,花在改善产品设计上。因此,会有越来越多的公司选择开源硬件,就像现在很多企业选择开源软件一样。

我能预见另一个变化是, 现场可编程门阵列 (FPGA)会像现在的CPU一样重要。原因很简单:由于晶体管缩小到原子层面,在制造过程中出现缺陷必将变得更加普遍。 使用CPU,这样的瑕疵就会影响整个设备运行。但使用FPGA,就可以设计电路的物理布线,有效规避小缺陷带来的大损失。此外,使用FPGA也会方便硬件之间互相分享硬件描述语言文件。

另一个可喜的变化是维修文化回归。那个时候,从购买之日起五年内,更换破旧的电子产品配件将不会显得愚蠢,因为你更换的零件基本和你买的时候性能、价格差不多。这都将促使开源硬件生态。

事实上,这种情形已经有所体现,最显著的案例就是Arduino。Arduino的开发板基本都是基于2005年的产品设计的。这种稳定性也促使其不断增长。另一个例子就是中国的山寨现象。中国的山寨企业多是小公司,依靠稳定的平台、“社区分享”,以很少的经费创造了很多神奇的结果。

在未来,还会有很多类似的开源硬件生态系统的生根、发芽、结果。

不可否认,摩尔定律放缓,对大公司来说,是个悲剧,但对于羽翼未丰的开源硬件公司来说,是个绝佳的机会。







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