安全芯片的开源硬件生态

如今开源软件已无处不在，Linux是全球服务器与超级计算机的主流操作系统，WordPress支撑着超四成的网站平台，此外还有众多知名开源项目。开源硬件自20世纪90年代末问世，但无论关注度还是落地规模，都远不及开源软件。

初创企业zeroRISC的创始人兼CEO Dominic Rizzo希望改变这一现状。近日，全球安全标准非营利联盟GlobalPlatform正式推出Pavona项目，Dominic Rizzo担任该项目理事会主席。Pavona旨在通过模块化、标准化、高可信的设计方案，推动开源硬件落地到各类应用场景，从小型物联网设备到大型数据中心均有覆盖。

Pavona是一套全新的开源硬件生态体系，配套提供硬件模块基础套件、参考设计与多款软件工具，既能简化各类芯片的适配工作，也能降低集成难度。项目还搭建了专属治理架构，降低新增开源硬件设计、联合研发的准入门槛。

Andrew“Bunnie”Huang是知名技术从业者，同时也是Pavona创始成员企业Baochip的创始人，他表示：“我认为该项目具备奠基意义。如今我们终于拥有了成熟的开源基础体系，可以向外推广应用。这项探索的走向，将在未来很长一段时间里，定义硬件与开源技术的融合模式。”

开源硬件与开源软件的区别

开源硬件始终未能像开源软件一样迎来快速发展，原因其实十分明确：硬件需要实体生产，而生产必然产生成本。Huang谈道：“硬件由物理实体构成，这就离不开物流与资金投入。”

本质上，芯片制造环节本身属于闭源领域。受此影响，硬件开源天然呈现分层特征：芯片流片、物理设计套件以及晶圆代工工艺均保持闭源，但上层的设计验证、系统架构、指令集架构、固件等环节可以实现开源。

Pavona生态并非要逐层推进开源改造，而是依托现有的开源模块，推动相关技术在更多场景中复用与落地。Dominic Rizzo表示：“Pavona的核心工作，是搭建能够串联各类组件的基础架构与配套体系。它就像乐高积木，同一套硬件组合方式可适配小型物联网设备，调整后也能用于大型数据中心的系统级芯片。”

硬件组件实现高度模块化，也离不开软件技术的支撑。Dominic Rizzo及其团队研发了一套架构组合引擎，可作为硬件适配中间层，让硬件能够对接ARM、RISC-V等不同架构的计算核心。企业无需改动现有软件栈，就能将这套开源硬件整合进自身架构。

以安全芯片OpenTitan为起步基石

Pavona的开源硬件基础套件，集成了OpenTitan安全芯片的相关组件。该芯片可提供硬件信任根，作为芯片级安全底座，为设备所有安全操作提供支撑。套件同时包含OpenTitan的扩展设计，集成了可抵御未来大规模量子计算机攻击的高性能加密算法。

OpenTitan的相关推动者认为，安全类硬件相比普通芯片，更适合采用开源模式。公开的设计方案可供所有人审查核验，加之活跃的社区持续对硬件开展压力测试，能够不断提升硬件可信度与安全性，同时也能简化各类合规认证流程。

Dominic Rizzo认为，三大趋势将推动开源安全芯片普及。第一是人工智能产业热潮，市场对各类芯片的需求大幅激增，除图形处理器外，网卡、显示模组等周边芯片也供不应求。第二是后量子安全升级的监管要求，美国与欧盟均立法规定，需在2030年底前完成相关技术切换。第三是欧盟《网络弹性法案》正式落地，面向欧洲市场销售的产品，新增了多项安全验证与信息上报要求。

“这三大趋势叠加，正推动行业转向采用安全可靠的开源芯片方案。”Dominic Rizzo说道。

安全硬件仅仅是开端。Pavona致力于最大限度降低新增硬件模块的接入门槛，开发者无需成为付费会员，也可贡献全新硬件设计。“我们坚决设置准入壁垒。”Dominic Rizzo表示。

为获取个人开发者与大型企业的双重信任，团队参考Yocto等成熟开源软件项目，搭建了治理体系。参与共建的企业可在理事会拥有席位，而核心技术决策则由独立技术委员会负责。管理职能与技术决策相互分离，以此提升项目透明度与公信力。

Dominic Rizzo解释道：“如果开发者完成技术贡献后，相关决策却由少数人私下敲定，很容易打击大家的积极性。我们采用共识制、研讨制开展工作，所有讨论全程公开透明。”

Linux基金会首席经济顾问、麻省理工学院研究员Frank Nagle表示，符合行业标准、治理架构透明，是开源技术得以普及的关键。“这套完善的机制，有望让项目稳步发展、扩大规模，也能打消外界对于项目被单一企业掌控的顾虑。”

Pavona架构组合引擎可实现硬件与不同计算核心的对接，企业无需改动软件栈，即可完成开源硬件集成。——Dominic Rizzo

开源硬件的未来图景

Frank Nagle提出，开源模式还有一个常被忽视的优势：各家企业可在核心技术上协同合作，同时在细分产品应用层面保持市场竞争。“我曾从一家车企听到一个很贴切的例子。”Frank Nagle说道，“汽车座椅的前后调节按键，并不会成为消费者选车的决定性因素，但如果缺少这项基础功能，就可能流失客户。”

诸多技术都和汽车座椅按键一样，属于产品必备功能，却无法形成差异化竞争力，安全芯片便是典型案例。几乎所有电子设备都需要安全防护，但安全功能并非多数产品的核心卖点。Frank Nagle认为，这类基础硬件最适合走开源共建路线。

硬件领域的开源协作，能够帮助芯片厂商及下游客户压缩成本，让人工智能产业的发展更具经济可持续性。更重要的是，硬件开源能够降低行业入行门槛。为此，Pavona还提供了全套入门指南、软件仿真工具以及现场可编程门阵列代码，用户将代码下载至开发板后，十分钟内即可完成调试并投入使用。

Bunnie Huang表示：“我希望吸引更多人参与进来，尤其是新人与年轻从业者。我们需要更完善的产业生态与更多创新思路，才能持续维护好这些我们赖以生存的核心技术。”