Свободная разработка хардвера - прошлое, настоящее, будущее

(Печатается в сокращении) ¹

Грэм Симэн (Graham Seaman) - инженер-электронщик, программист, живет и работает в Лондоне. Он организатор проекта Opencollector, посвященного развитию открытой разработки архитектур процессоров и других компьютерных компонентов. Сегодня мы публикуем первую половину «исторической части» его обзорного доклада на конференции по «свободному харду», состоявшейся в мае этого года в Дортмунде. Полный текст см. на http://opencollector.org/Whyfree/freedesign.html.

Прошлое

Первая волна

Как и значительная часть ранней культуры «свободного софта», свободно разрабатываемые аппаратные решения возникли в период крушения американской контркультуры 1960-х годов.

Американское студенческое движение 60-х, группировавшееся вокруг организации «Студенты за демократическое общество» («Students for a Democratic Society», SDS ) пыталось создать партисипативную демократию на основе «активизма» в общинах и сообществах (communities). В начале 70-х становилось все яснее, что компьютерные сети могут быть основой для нового типа коммуникации, расширяющей и усиливающей сообщества, и альтернативной централизованному вещанию прессы (в том числе неофициальной). Это была информационная среда для активных участников. Но тогдашняя технология не очень подходила для этих целей: первые доски объявлений (bulletin boards, BBS) размещались на мэйнфреймах, если это разрешалось их владельцами. Такие ресурсы были труднодоступны и находились вне сообществ, где почти никто не умел использовать и обслуживать их.

В то же время устройства TTL (транзисторно-транзисторной логики) всех степеней интеграции становились все более доступными, и это был идеал конструктора-любителя: простые дешевые строительные блоки, легко соединяемые друг с другом посредством пайки, изоленты или кустарного печатного монтажа. Тактовые частоты были низкими, аналоговыми эффектами можно было пренебречь, поэтому даже жуткие на вид «крысиные гнезда» из спутанных проводов иногда работали. Эта технология вызвала к жизни обширное сообщество конструкторов-любителей.

Ли Фельсенштейн (Lee Felsenstein) принадлежал сразу к двум лагерям: он работал инженером-электронщиком и участвовал в движении «Free Speech» в Беркли, поддерживая первую местную BBS. Чуть раньше он прочитал книгу Ивана Иллича (Ivan Illich) «Инструменты для содружественного общества» ²:

Человек в своей деятельности взаимодействует с обществом посредством инструментов, которыми он управляет или которые воздействуют на него. Первые помогают человеку обогатить мир, наполняя его смыслом, вторые, в той мере, в которой он им подчинен, определяют его восприятие самого себя. Содружественные (convivial) инструменты - те, которые дают каждому наибольшие возможности обогатить окружающий мир плодами своих представлений.

Гениальность Ли была в том, что он нашел способ применить эти довольно абстрактные идеи к реальным проблемам создания BBS для конкретного сообщества: новые компьютеры (первоначально терминалы) следовало разрабатывать и изготовлять коллективно, используя энергию конструкторов-любителей из разных уголков страны и создавая в каждом сообществе группы людей, которые понимали все нюансы работы применяемых ими систем. Проблемы техподдержки и ремонта этим снимались. Чтобы порождать «инструменты содружественности», сам процесс разработки компьютеров должен был превратиться в такой инструмент.

Первую попытку достичь этой цели Ли совершил, разработав «Компьютерный терминал „Том Свифт“», схемы которого он старался распространять как можно шире ³.

Вторая попытка состояла в создании уже не устройства, а организации - это был клуб «Доморощенный компьютер» ⁴, основанный пятью инженерами и активистами. На первом собрании было 30 человек, через год клуб объединял уже 600. Его деятельность помогла расцвету кооперативной разработки компьютеров «домашней варки». Схемы компьютеров, даже те, что позже превратились в коммерческий продукт (как, например, первый Apple), свободно распространялись, обсуждались, использовались в новых разработках. Прямое и косвенное влияние клуба вышло далеко за границы США.

Итак, «индустрия» домашних компьютеров исходно была беспорядочным собранием малых фирм и любительских групп (часто состоявших из одних и тех же людей), выросших на культуре открытости. Когда старые компьютерные фирмы поняли, что здесь для них есть потенциальный рынок, они уже не могли внести в эту среду привычную для них замкнутость. Не обращая внимания на корпоративные небылицы ⁵, участники «Доморощенного компьютера» прекрасно понимали, что в отрасли прижилась именно их система отношений:

В 1978 году ИБМ сказала: «Моё!», и положила свою тяжелую руку на 5100, это чудо несовместимости размером с хлебницу, олицетворяющее ИБМовский подход. ИБМ не любит говорить о том, что было дальше. В 1981 она вернулась с 5150 (то есть PC) и с ним уже придерживалась заложенных нами правил. Участником игры может быть любой, гласили эти правила, но все обязаны делать свою архитектуру и коды общедоступными настолько, насколько это возможно, а также поощрять написание людьми программ и создание расширений. Вы можете играть, но должны помогать играть и другим
( Lee Felsenstein, How we fought the dinosaurs, Creative Computing, Vol. 10 No. 11, November 1984).

Вторая волна

Первая волна почти не затронула университеты. Вторая волна прошла исключительно в университетах, вовлекая в процесс полностью «ортогональный» слой людей.

Первая волна имела дело с обменом описаниями конструкций на основе «ширпотребных» интегральных схем (ИС). Начинка этих ИС была хорошо документирована, и с ней проблем не возникало. Схемы компьютеров рисовались в основном от руки (как любительские, так и коммерческие). Схемы же чипов были логически не слишком сложными, но для их разработки были необходимы глубокие знания физики полупроводников. Этими знаниями обладали лишь инженеры тех сравнительно немногих компаний, что выпускали ИС (в то время это обычно означало наличие собственного производственного оборудования).

К концу 1970-х прозрачность стала исчезать: размер и сложность чипов гигантски выросли. Дизайнерам специализированных чипов требовалось знание устройства на всех уровнях, что становилось все менее достижимым. Возникли две задачи: отделить физическую часть разработки чипа от разработки логики и архитектуры и начать автоматизацию процесса создания физической конструкции по логической схеме.

Это была не только техническая, но и социальная проблема: требовалось создать сообщество инженеров, способных работать по-новому. Импульс к решению дали два человека, очень хорошо осознавших проблему, - Карвер Мид (Carver Mead) и Линн Конвей (Lynn Conway) ⁶. Изобретенный ими метод состоял, соответственно, из двух частей: технической, включавшей редукцию логических схем к простым диаграммам, непосредственно реализуемым в полупроводнике, и социальной, являвшейся по сути изобретением того самого «базара» (the bazaar), о котором годы спустя напишет Эрик Реймонд (Eric Raymond). В статье Линн Конвей «The MPC adventures» ⁷ как в учебнике описана технология создания сообщества в стиле «базар»:

• вовлечь как можно больше участников,

• вести отладку в параллельном режиме,

• разработчики системы должны быть ее пользователями,

• быстрая обратная связь с пользователями (непрерывно сообщать о замеченных ошибках и сделанных улучшениях),

• пусть стандарты возникают в процессе эксплуатации.

Для такой работы были необходимы сети (сначала это была ARPANET) и полная прозрачность. Кооперация большого числа разработчиков, в свою очередь, делала экономически возможным производство дешевых чипов за счет совмещения множества схем на единой пластине.

Выйдя из стен PARC’а, Калтеха и МТИ, этот подход быстро распространился в США, а затем и в Европе. Сначала программы использовались только для трассировки. Метод мог стать популярным лишь при условии их бесплатности. Это происходило еще до появления FSF и GPL , но «Chipmunk» («Бурундук») ⁸, потомок первых программ Мида и Конвей, до сих пор используется в Калтехе, уже под лицензией GPL. Метод получил широкое распространение, количество людей, занимающихся разработкой архитектур ИС, стремительно росло, что повлекло расцвет университетских проектов по софту для автоматизации этой разработки. Активнее всего эта деятельность велась в Беркли и Стэнфорде, а в Европе - в Техническом университете Делфта (Delft) в Нидерландах. Пакеты Magic - для трассировки, SIS - для логического синтеза, Espresso - для логической минимизации, Ocean - для работы с «морем гейтов» (sea-of-gates), Olympus - для синтеза - все они были созданы под свободными лицензиями. В течение некоторого времени самым продвинутым софтом для разработки ИС был свободный софт, и даже сейчас почти все инструменты разработки с закрытыми исходниками содержат элементы тех свободных программ.

Темное время

К началу 1990-х вторая волна со скрипом сходила на нет. Вместо того чтобы создавать свободный софт, который мог бы использоваться коммерчески, университеты начали работать по контрактам с фирмами-производителями софта для автоматизации конструирования электронных схем (Electronic Design Automation, EDA) или сами стремились создавать такие компании. Исходники EDA-программ стали закрытыми, а сами программы - недоступными широкой публике либо привязанными к продуктам определенных компаний.

Пережившие первую волну энтузиасты уже видели, как технология выбивает опору из-под ног: рост миниатюризации, повышение тактовой частоты, многослойные печатные платы, схемы на заказных ИС - все это весьма затрудняло создание конструкций, не устаревших безнадежно еще до завершения работы над ними. Начался период ностальгии, когда многие удовлетворялись модернизацией своих разработок, сделанных в начале 80-х.

Тем не менее, нашлось много людей, продолжавших развивать свои архитектурные идеи или работать над EDA-программами. И в середине 90-х под действием технологических и социальных изменений начался новый расцвет разработок свободного харда, использующих уже накопленный опыт.

Врезка.

Окончание следует

[i40050]