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生產(chǎn)開源硬件的公司并不多見。至少，如果以一貫的標(biāo)準(zhǔn)來定義它們的話是如此。一貫的標(biāo)準(zhǔn)便是，它們?yōu)槠渌咎峁┪臋n和權(quán)限，以方便他們重新創(chuàng)造、修改、改進(jìn)甚至制造其銷售設(shè)備的自有版本。雖然開源硬件已經(jīng)取得了很大進(jìn)展——越來越多的公司秉承這些做法，并建立了開源硬件協(xié)會——但它仍然是一個小眾行業(yè)。

你可能覺得原因很簡單——你一定認(rèn)為這些公司是由缺少腳踏實地商業(yè)意識的理想主義者建立并經(jīng)營的。但事實并非如此！阻礙開源硬件發(fā)展的并不是商業(yè)頭腦的缺乏，而是電子技術(shù)的飛速發(fā)展。

其原因是微妙的，但我的解釋是，電子技術(shù)的迅速發(fā)展必定有利于大型的“封閉式”企業(yè)，而不利于小團(tuán)隊或創(chuàng)客，而后者才是會從開源系統(tǒng)中受益最大的群體。至少，事情過去一直是如此。但改變即將發(fā)生，而我希望天平向另一方傾斜。相關(guān)的轉(zhuǎn)變從根本上是與微電子小型化的步伐相關(guān)聯(lián)的，幾十年來，它一直深受以戈登?摩爾命名的摩爾定律的影響。我們停下來考慮一下，摩爾定律即將到來的終結(jié)——或者至少是放緩——可能其實對很多廠商和消費者都有極大的益處。但在我介紹這一矛盾的預(yù)測之前，我應(yīng)該為年輕的讀者們回顧一下我們是如何走到今天的。 

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起初，真空管出現(xiàn)了。而幾乎所有基于真空管的硬件都是我們今天所謂的開源硬件。早期的消費電子產(chǎn)品，如收音機(jī)和電視機(jī)，常隨包攜帶有完整的原理圖、更換零件清單，以及用于維修的詳細(xì)用戶手冊。晶體管剛剛問世時，變化并不大。

事實上，進(jìn)入20世紀(jì)80年代，計算機(jī)還通常附帶有自身的電路板示意圖。例如，蘋果II型計算機(jī)附帶有一個完整的計算機(jī)主板的電路圖，它對我投身于電子設(shè)計事業(yè)產(chǎn)生了極大的影響。

而現(xiàn)代用戶手冊缺乏這樣的深度。在Mac Pro用戶手冊中，最復(fù)雜的圖表是指示用戶如何坐在電腦前：“支撐腰部”“大腿稍傾斜”“肩膀放松”等。

發(fā)生了什么？難道是電子產(chǎn)品變得太難維修或改進(jìn)嗎？

并不是的。事實上，改進(jìn)電子產(chǎn)品已變得太容易了——尤其是對于系統(tǒng)集成商來說。幾十年來，他們基本上就是坐等電路板上的集成電路增加，而不是努力雕琢他們現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計。例如，在整個20世紀(jì)90年代及進(jìn)入新千年后，程序員被鼓勵放棄手工優(yōu)化匯編語言，而利用更高級的語言來加入更多的功能。即使產(chǎn)品在發(fā)布的時候還沒達(dá)到出色的性能，那么這種性能也會很快出現(xiàn)在下一代的CPU中。

如果你將電子設(shè)備多年來的“優(yōu)良”指標(biāo)制成圖的話，你就可以清晰地看到這種效果了。選擇幾乎任何標(biāo)準(zhǔn)——性能、功能設(shè)置等無論什么，排列這個圖，根據(jù)摩爾定律使繪制的參數(shù)每18個月翻一番。不過要用線性垂直軸在圖表上表示。大多數(shù)描繪摩爾定律的圖表使用對數(shù)垂直刻度，這就使曲線的大幅上升趨勢被拉平為看似平淡無奇的直線。

現(xiàn)在，將顯著攀升的摩爾定律曲線與小型制造商設(shè)計團(tuán)隊的曲線進(jìn)行比較。小型制造商設(shè)計團(tuán)隊可能會通過拋光固件或調(diào)整內(nèi)存和其他組件的連接方式來努力提升其最新的產(chǎn)品。假設(shè)這樣一個團(tuán)隊可以實現(xiàn)持續(xù)且穩(wěn)定的進(jìn)展速度，比方說，他們的工作在第一年將產(chǎn)品的性能提升了75%，并且產(chǎn)品性能提升以同樣的速度逐年累加。與坐等摩爾定律發(fā)揮作用相比，這樣辛勤工作的收益結(jié)果如何呢？

結(jié)果并不理想。事實上，如果你畫出線性提升與指數(shù)型的摩爾定律曲線這兩條線，你就會看到，小型制造商的辛勤工作只有很小的機(jī)會能制造出更好的設(shè)備。而這樣的機(jī)會在產(chǎn)品推出兩年后就過時了，因為到那時，就會性能更高能的芯片，這就要求公司利用這些芯片制造出全新的產(chǎn)品，以免在競爭中失去先機(jī)。

我剛才描述的兩個曲線顯示了創(chuàng)客在過去幾十年中所面臨的主要挑戰(zhàn)。普遍現(xiàn)象是，他們坐等會比創(chuàng)新更有價值。特別是，如果要使一個設(shè)計的性能翻倍需要兩年的時間構(gòu)思并實施革新，那么你和你的客戶最好還是坐等兩年后升級到最新版的集成電路為好。對于許多小企業(yè)的工程師來說，與摩爾定律競賽是徒勞的。

事實上，摩爾定律的指數(shù)級增長對于小企業(yè)是不利的，而對于大企業(yè)卻是有利的，大企業(yè)具有同時開發(fā)三四代產(chǎn)品的資源。但即便是大公司，與摩爾定律競賽也是艱難的。

這場制造商與摩爾定律的競賽有幾個致命的影響，其中最關(guān)鍵的一個就是通過持有設(shè)計專利，迫使競爭對手對你的產(chǎn)品實施逆向工程，這會產(chǎn)生（也許是幾個月的）時間差，從而帶來巨大的優(yōu)勢，這個優(yōu)勢當(dāng)然是制造商不愿浪費的。他們不愿意放棄哪怕是一丁點兒的空檔，這就解釋了他們?yōu)槭裁春苌贂蚕砥洚a(chǎn)品的原理圖、代碼或者其他技術(shù)細(xì)節(jié)。

值得慶幸的是，摩爾定律正在減速，而我剛剛描述的趨勢也正在發(fā)生著改變。

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不過，在我解釋如何改變之前，讓我先來論證一下“摩爾定律正在減速”這一說法。許多分析師和評論家最近警告說，微電子指數(shù)級增長的時代即將結(jié)束了。但我并不需要將我的觀點與他們的預(yù)測相掛鉤。電子元件（特別是晶體管）尺寸的小型化，毫無疑問帶來了電流泄漏及廢熱的增加，這反過來又減緩了近年來數(shù)字時鐘穩(wěn)步發(fā)展的速度。例如，想想各種英特爾CPU剛推出時的時鐘速度吧，在經(jīng)歷了大幅上升后，這些速度大約在10年前就基本停止提升了。

自那時起，CPU制造商一直在使用多核技術(shù)來提高性能，盡管實施這一策略是有難度的。但工程師們并沒有多少選擇的余地：核心的物理極限問題阻礙了時鐘速度的進(jìn)一步提升，因此利用依據(jù)摩爾定律不斷增多的晶體管的唯一途徑就是制造更多的內(nèi)核。

正如摩爾定律所預(yù)言的，晶體管密度不斷呈指數(shù)級增加，但其增加速度正在放緩。1990年，晶體管的數(shù)量每18個月翻一番；而今天，這個數(shù)量要每24個月或更久才會翻一番。不久，晶體管密度的增加將放緩到每36個月翻一番，最終它們將會完全停止增長。

那會是什么時候呢？簡單的回答是，沒有人真正知道。但有研究表明，它會在2020年或2030年左右定格在約5納米的有效柵長。5納米約為硅原子直徑的10倍，因此，即使這種猜測不準(zhǔn)確，也不會差得太遠(yuǎn)。

它的意義是深遠(yuǎn)的。在可預(yù)見的未來，你將無法在第二年買到性能更好的電腦。你要購買的下一個閃存驅(qū)動器將與你現(xiàn)有的這個價格和容量都一樣。你也將不能再期待你的下一個手機(jī)會更強(qiáng)大、更神奇。

你將會把你買的電子小玩意兒保留很久，不再期望買了幾年后就可以把它扔掉了。

在這種情況下，你可能會想一開始就購買更精致的東西?！皞骷覍毠P記本電腦”這種說法現(xiàn)在聽起來很荒謬，但有一天，我們可能會把我們的電腦看成是值得珍惜和傳承的物品，傳到后輩手中，就像有些人今天對手表或古董家具的看法一樣。

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摩爾定律的放緩預(yù)示著許多小企業(yè)的光明未來——對開源硬件的實踐也是如此。要了解其原因，就讓我們重溫一下我之前對摩爾定律指數(shù)級增長和技術(shù)線性進(jìn)步（75%，非復(fù)利）速度所作的比較。但是這一次，考慮一下新的摩爾定律情況，即每36個月而不是每18個月增加一倍。

假如你要繪制那兩條線，你就會發(fā)現(xiàn)，在它被36個月的摩爾定律曲線超越之前，線性的提升可以持續(xù)8年多。并且如果一家公司一直逐步優(yōu)化其設(shè)計，而不是僅僅等待摩爾定律發(fā)揮作用，那么在產(chǎn)品推出后的第二年或第三年左右，它們將會有明顯更好的產(chǎn)品。換句話說，小企業(yè)的工程師以他們力所能及的速度進(jìn)行創(chuàng)新提升，就會有一個真正的獲利窗口。

隨著摩爾定律的減速，你將獲得的另一個好處是更廣泛的平臺標(biāo)準(zhǔn)化。10年前，要利用可互換組件創(chuàng)造一臺標(biāo)準(zhǔn)的平板電腦或手機(jī)機(jī)殼是很荒唐的，因為底層技術(shù)的發(fā)展速度太快了。但是，現(xiàn)在這已成為一個合理的命題。

建立穩(wěn)定、有性能競爭力的開放平臺將為小企業(yè)注入生機(jī)。這些公司仍然可以選擇保持其設(shè)計的封閉性，但這樣做，他們將不得不建立一個專有的基礎(chǔ)設(shè)施，以支持其產(chǎn)品的開發(fā)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行建造。許多這類公司就會發(fā)現(xiàn)，他們?yōu)橹圃焱ㄓ糜布o謂地浪費了時間和精力——他們本可以用這些時間來雕琢他們的設(shè)計，使他們的產(chǎn)品獨樹一幟。因此，越來越多的企業(yè)會選擇利用開源硬件，正如許多企業(yè)都已使用開源軟件一樣。

我預(yù)見的另一個變化是，與硬線連接的CPU相比，現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）可能也就有了用武之地。其中一個原因很簡單：隨著晶體管縮小到原子尺度，在制造過程中出現(xiàn)的缺陷必將變得更加普遍。在CPU中，這樣的瑕疵會輕易地破壞整個設(shè)備。但有了FPGA，你就可以排列電路的物理布局，以避免小規(guī)模的缺陷。

FPGA前途大好的另一個理由是配置其電路的相對難度。這一工序不可避免地需要一個硬件描述語言，如Verilog。所以，它與軟件編程類似——盡管通常它更具挑戰(zhàn)性。但唯一真正能替代這一挑戰(zhàn)性任務(wù)的是對多核CPU的編程，在它們提供的大規(guī)模并行處理中勉強(qiáng)維持更好的性能就已經(jīng)很困難了，而隨著具有更多內(nèi)核的芯片的發(fā)布，這會變得更難。

因此，未來，編程多核處理器和配置FPGA所需的付出會不相上下。如果過了這一關(guān)，越來越多的小工具將肯定會利用FPGA進(jìn)行制造。當(dāng)開源硬件公司轉(zhuǎn)而使用FPGA而不是CPU時，他們也將（根據(jù)“開源”的定義本身）分享他們的硬件描述語言文件了。那么其他人將可以自由地重新配置電路，深入到FPGA內(nèi)部的各個柵極。因此，開源硬件運動能夠滲透到微電子設(shè)計的深層。

隨著技術(shù)變得越來越鞏固和持久，我預(yù)見到的另一個可喜的變化就是維修文化的興起。當(dāng)更換的部件與原部件的規(guī)格和價格幾乎相同時，買電腦5年后更換舊電腦配件將不會再顯得那么無聊了。這種“修還是扔”的選擇變化將為原理圖和零件創(chuàng)造出需求，這反過來將促進(jìn)開源硬件生態(tài)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)的增長。

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摩爾定律的減速已經(jīng)在對性能不是特別敏感的市場上有所顯現(xiàn)了，比如Arduino的微控制器平臺。

Arduino用戶對性能的需求（用于教育、物理計算和簡單嵌入式控制應(yīng)用）并沒有明顯增長，因此該平臺會非常穩(wěn)定。事實上，自2005年以來，許多Arduino電路板基本都使用了相同的硬件。這種穩(wěn)定性反過來又使Arduino在蓬勃發(fā)展的用戶群中奠定了深厚的基礎(chǔ)，這些用戶享有硬件附加組件的開放標(biāo)準(zhǔn)。

另一個例子是山寨現(xiàn)象。山寨即“盜版”，山寨企業(yè)通常是些小企業(yè)，他們依靠其社區(qū)內(nèi)共享的藍(lán)圖來制造低端手機(jī)。這些手機(jī)的市場對于性能的絕對水平基本不敏感，因此也不關(guān)心CPU技術(shù)的提升。因此，山寨企業(yè)在不影響其最終產(chǎn)品競爭力的情況下，可以將同種核心芯片組使用多年。這種穩(wěn)定性反過來使這些小而靈活的創(chuàng)客有充分的時間來徹底了解這個平臺，并在同一主題下推陳出新。你可以指責(zé)他們無視知識產(chǎn)權(quán)法，但你不得不承認(rèn)，他們經(jīng)常能用有限的經(jīng)費創(chuàng)造出驚人的成果。

我相信，許多其他類型的開源硬件生態(tài)系統(tǒng)繁榮發(fā)展的時機(jī)已經(jīng)成熟了。摩爾定律不可避免的放緩可能會為今天的科技巨頭帶來麻煩，但它也為羽翼未豐的開源硬件運動的發(fā)展成熟創(chuàng)造了機(jī)遇。

就我個人而言，我很期待變革的發(fā)生——期待工匠式設(shè)計的回歸，使優(yōu)雅、優(yōu)化和平衡的價值超越簡單的速度和功能的增長。即使摩爾定律會很快或突然終結(jié)，電氣工程師和消費者也都應(yīng)該學(xué)會不再擔(dān)憂，并準(zhǔn)備去熱愛將要來臨的新變革。