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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(huì)——但它仍然是一個(gè)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(shí)地商業(yè)意識(shí)的理想主義者建立并經(jīng)營的,。但事實(shí)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(duì)或創(chuàng)客,，而后者才是會(huì)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(shí)對(duì)很多廠商和消費(fèi)者都有極大的益處。但在我介紹這一矛盾的預(yù)測(cè)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(fèi)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(cè),。晶體管剛剛問世時(shí),，變化并不大。

事實(shí)上,，進(jìn)入20世紀(jì)80年代,，計(jì)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(jì)算機(jī)附帶有一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)主板的電路圖,，它對(duì)我投身于電子設(shè)計(jì)事業(yè)產(chǎn)生了極大的影響。

而現(xiàn)代用戶手冊(cè)缺乏這樣的深度,。在Mac Pro用戶手冊(cè)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(shí)上，改進(jìn)電子產(chǎn)品已變得太容易了——尤其是對(duì)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(jì),。例如,，在整個(gè)20世紀(jì)90年代及進(jìn)入新千年后，程序員被鼓勵(lì)放棄手工優(yōu)化匯編語言,，而利用更高級(jí)的語言來加入更多的功能。即使產(chǎn)品在發(fā)布的時(shí)候還沒達(dá)到出色的性能,，那么這種性能也會(huì)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(gè)圖,，根據(jù)摩爾定律使繪制的參數(shù)每18個(gè)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(duì)數(shù)垂直刻度,，這就使曲線的大幅上升趨勢(shì)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(jì)團(tuán)隊(duì)的曲線進(jìn)行比較,。小型制造商設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可能會(huì)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(gè)團(tuán)隊(duì)可以實(shí)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(shí)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(huì)看到，小型制造商的辛勤工作只有很小的機(jī)會(huì)能制造出更好的設(shè)備,。而這樣的機(jī)會(huì)在產(chǎn)品推出兩年后就過時(shí)了,，因?yàn)榈侥菚r(shí),，就會(huì)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(jìng)爭(zhēng)中失去先機(jī),。

我剛才描述的兩個(gè)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(huì)比創(chuàng)新更有價(jià)值,。特別是，如果要使一個(gè)設(shè)計(jì)的性能翻倍需要兩年的時(shí)間構(gòu)思并實(shí)施革新,，那么你和你的客戶最好還是坐等兩年后升級(jí)到最新版的集成電路為好,。對(duì)于許多小企業(yè)的工程師來說，與摩爾定律競(jìng)賽是徒勞的,。

事實(shí)上,，摩爾定律的指數(shù)級(jí)增長對(duì)于小企業(yè)是不利的，而對(duì)于大企業(yè)卻是有利的,，大企業(yè)具有同時(shí)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(jìng)賽也是艱難的,。

這場(chǎng)制造商與摩爾定律的競(jìng)賽有幾個(gè)致命的影響,，其中最關(guān)鍵的一個(gè)就是通過持有設(shè)計(jì)專利，迫使競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手對(duì)你的產(chǎn)品實(shí)施逆向工程,，這會(huì)產(chǎn)生（也許是幾個(gè)月的）時(shí)間差,，從而帶來巨大的優(yōu)勢(shì)，這個(gè)優(yōu)勢(shì)當(dāng)然是制造商不愿浪費(fèi)的,。他們不愿意放棄哪怕是一丁點(diǎn)兒的空檔,，這就解釋了他們?yōu)槭裁春苌贂?huì)共享其產(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(shì)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(píng)論家最近警告說,，微電子指數(shù)級(jí)增長的時(shí)代即將結(jié)束了。但我并不需要將我的觀點(diǎn)與他們的預(yù)測(cè)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(shí)鐘穩(wěn)步發(fā)展的速度,。例如,，想想各種英特爾CPU剛推出時(shí)的時(shí)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(shí)起,，CPU制造商一直在使用多核技術(shù)來提高性能，盡管實(shí)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(shí)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(jí)增加,，但其增加速度正在放緩。1990年,，晶體管的數(shù)量每18個(gè)月翻一番,；而今天，這個(gè)數(shù)量要每24個(gè)月或更久才會(huì)翻一番,。不久,，晶體管密度的增加將放緩到每36個(gè)月翻一番，最終它們將會(huì)完全停止增長,。

那會(huì)是什么時(shí)候呢？簡單的回答是,，沒有人真正知道,。但有研究表明，它會(huì)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(cè)不準(zhǔn)確,，也不會(huì)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(gè)閃存驅(qū)動(dòng)器將與你現(xiàn)有的這個(gè)價(jià)格和容量都一樣。你也將不能再期待你的下一個(gè)手機(jī)會(huì)更強(qiáng)大,、更神奇,。

你將會(huì)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(huì)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(huì)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(duì)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(duì)開源硬件的實(shí)踐也是如此。要了解其原因,，就讓我們重溫一下我之前對(duì)摩爾定律指數(shù)級(jí)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(gè)月而不是每18個(gè)月增加一倍。

假如你要繪制那兩條線,，你就會(huì)發(fā)現(xiàn),，在它被36個(gè)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(jì),，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(huì)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(huì)有一個(gè)真正的獲利窗口,。

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

建立穩(wěn)定,、有性能競(jìng)爭(zhēng)力的開放平臺(tái)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(jì)的封閉性，但這樣做,，他們將不得不建立一個(gè)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(huì)發(fā)現(xiàn),，他們?yōu)橹圃焱ㄓ糜布o謂地浪費(fèi)了時(shí)間和精力——他們本可以用這些時(shí)間來雕琢他們的設(shè)計(jì)，使他們的產(chǎn)品獨(dú)樹一幟,。因此,，越來越多的企業(yè)會(huì)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(gè)變化是,，與硬線連接的CPU相比,，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）可能也就有了用武之地。其中一個(gè)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(huì)輕易地破壞整個(gè)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(gè)理由是配置其電路的相對(duì)難度,。這一工序不可避免地需要一個(gè)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(duì)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(huì)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(huì)不相上下,。如果過了這一關(guān)，越來越多的小工具將肯定會(huì)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(shí),，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(gè)柵極,。因此，開源硬件運(yùn)動(dòng)能夠滲透到微電子設(shè)計(jì)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(gè)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(jià)格幾乎相同時(shí),，買電腦5年后更換舊電腦配件將不會(huì)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(duì)性能不是特別敏感的市場(chǎng)上有所顯現(xiàn)了,，比如Arduino的微控制器平臺(tái),。

Arduino用戶對(duì)性能的需求（用于教育、物理計(jì)算和簡單嵌入式控制應(yīng)用）并沒有明顯增長,，因此該平臺(tái)會(huì)非常穩(wěn)定,。事實(shí)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(gè)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(chǎng)對(duì)于性能的絕對(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(shí)間來徹底了解這個(gè)平臺(tái),，并在同一主題下推陳出新。你可以指責(zé)他們無視知識(shí)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(fèi)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(shí)機(jī)已經(jīng)成熟了,。摩爾定律不可避免的放緩可能會(huì)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(yùn)動(dòng)的發(fā)展成熟創(chuàng)造了機(jī)遇,。

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