Europa se abraza al hardware libre para librarse de su dependencia de EE UU y China

Europa se abraza al hardware libre para librarse de su dependencia de EE UU y China

El Viejo Continente confía en que el diseño de procesadores bajo arquitecturas de código abierto impulsará tanto su independencia tecnológica como sus niveles de competitividad e innovación.

Hasta dos veces se ha despedido la Unión Europea (UE) del gigante tecnológico ARM, con sede en la ciudad inglesa de Cambridge. La primera fue en julio de 2016, cuando la compañía fue adquirida por el grupo japonés SoftBank. Y la segunda, tras el Brexit del pasado 31 de enero. Dedicada al diseño de arquitecturas para procesadores, ARM presume de tener una cuota del 33% en un mercado global que entre 2018 y 2024 crecerá a un ritmo anual del 7,3% hasta alcanzar los 5.700 millones de dólares, según Allied Market Research. Toda una fuga en el grifo de ingresos comunitarios que además plantea nuevos retos estratégicos. No en vano, la ausencia de una tecnología de referencia propia en materia de procesadores acentúa la dependencia de la UE de otros mercados, lo que incluye la posibilidad de bloqueos o restricciones debido a medidas proteccionistas.

¿La alternativa? El hardware libre, es decir, apostar por la creación personalizada de chips a partir de arquitecturas de código abierto puestas a disposición de cualquiera. De momento, a principios de año la Comisión Europea adjudicó a OpenForum Europe y Fraunhofer ISI la elaboración de un informe para cuantificar el impacto del software y el hardware de código abierto en la independencia tecnológica, la competitividad y la innovación de la UE. Andrew Katz, el experto que dirige la sección de hardware abierto de esta investigación, no oculta su satisfacción en un comunicado: “Es la primera vez que se menciona el hardware abierto en un estudio de este tamaño, lo que demuestra que está llegando a la mayoría de edad y que puede ser crucial para la economía europea durante la próxima década”.

La idea es identificar las fortalezas, debilidades, oportunidades y desafíos del código abierto en asuntos relevantes para el desarrollo tecnológico en la UE, como la ciberseguridad, la inteligencia artificial (IA), la digitalización de la industria, el coche conectado, la supercomputación, el big data y blockchain

RISC-V, el Linux del hardware

Paradójicamente, la solución que busca el Viejo Continente puede encontrarse en un proyecto iniciado en 2010 en Estados Unidos, en la Universidad de California, Berkeley. Se trata de RISC-V (pronunciado risc-five) un conjunto de instrucciones para arquitecturas de hardware de código abierto. “Los nuevos procesadores basados en RISC-V suponen cambios muy importantes en el mercado de los núcleos microprocesadores y chips, así como en los sistemas y circuitos integrados basados en tales núcleos”, comenta Lluís Terés, investigador del CSIC en el IMB-CNM (Instituto de Microelectrónica de Barcelona - Centro Nacional de Microelectrónica).

45 años de hardware libre

“¿Estás construyendo tu propio ordenador? […] Si es así, quizás te interese asistir a una reunión de un grupo que comparte tus aficiones para intercambiar información, compartir ideas, hablar del trabajo, ayudar en un proyecto o lo que sea…”. El próximo 5 de marzo se cumplen 45 años del encuentro que anunciaba esta invitación y que tuvo lugar en Menlo Park (San Mateo, California), en la casa de Gordon French, fallecido el pasado octubre. Esta reunión fue el origen del club Homebrew Computer, donde varios aficionados a la electrónica compartían e intercambiaban piezas, circuitos y datos relevantes acerca de los microprocesadores de la época. Los encuentros se prolongaron hasta diciembre de 1986 y durante esos once años el club impulsó las bondades de compartir diseños para que otros no solo pudiesen modificarlos libremente, sino además encontrarles nuevas utilidades con el fin de devolverlos mejorados a la comunidad. Para muchos, ese fue el germen del hardware libre.

En su opinión, ahora cualquier empresa o grupo de investigación podrá diseñar a medida su procesador RISC-V sin necesidad de pagar regalías por licencias de uso y, en el caso de que no quieran disponer de un chip propio, tendrán a su disposición un mercado mucho más amplio y no cautivo de una o pocas marcas. “Habrá más proveedores, mayor diversidad y, en consecuencia, más competencia y precios ajustados a la calidad de la oferta y a la demanda”, explica Terés.

De hecho, las expectativas son de lo más halagüeñas: los ingresos globales generados por RISC-V pasarán de 52 millones de dólares en 2018 a 1.100 millones en 2025, según la firma de investigación Tractica. En palabras de Mateo Valero, director del Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS), la revolución propiciada por RISC-V en el mundo del hardware es “un movimiento mundial equivalente a lo que supuso Linux para el software”. Consciente de ello, en diciembre de 2018 la Comisión Europea puso en marcha el proyecto EPI (European Processor Initiative), que reúne a 27 socios de diez países (el BSC-CNS y la compañía SemiDynamics por parte de España) con el fin de crear un procesador europeo para superordenadores mediante la combinación de ARM y RISC-V.

A nivel nacional, para espolear los desarrollos basados en código abierto, a principios de febrero se presentó en Barcelona la Red-RISCV, coordinada por el propio Terés desde el IMB-CNM y conformada inicialmente por 14 centros de investigación y universidades de todo el país. Según sus responsables, el objetivo de esta iniciativa es contribuir a la gestación de un ecosistema local con proyección internacional en torno al hardware libre a través de la cooperación en tareas de investigación, formación e innovación.

Licencia para copiar

Uno de los que presenció la puesta de largo de Red-RISCV es David Cuartielles, cofundador de Arduino, la plataforma de creación de electrónica de código abierto, quien calificó ese momento de “evento histórico desde el punto de vista del desarrollo tecnológico en España”. Según Cuartielles, en el mundo Arduino aún queda un par de años hasta que lleguen los procesadores de uso genérico con arquitectura RISC-V que sean comparables en prestaciones a los que usa actualmente esta plataforma (ARM, AVR y x86), si bien es cierto que su compañía ya estudia esta alternativa como parte de su inversión en I+D. “La idea de apertura es fundamental. Vivimos en una sociedad relacional con muchas naciones colaborando y legislaciones diferentes en cuanto a propiedad intelectual, así que resulta vital compartir diseños de manera sencilla y rápida para que el conocimiento viaje mucho más rápido”, argumenta. Pero diseminar los desarrollos de código abierto para que cualquiera pueda acceder a ellos y reutilizarlos requiere unas normas.

Tal y como explica Javier Serrano, que colabora en la elaboración del informe encargado por la Comisión Europea, si alguien publica un diseño sin especificar cuestiones sobre su uso, por defecto se aplica la Ley de Copyright, que impide cualquier copia o modificación. Por lo tanto, es preciso que cada creador deje claro, con una licencia concreta, los términos bajo los que comparte sus desarrollos para propiciar “intercambios con una base legal sólida”.

Serrano, coordinador de la sección de hardware y sincronización del grupo de Control de los Aceleradores del CERN, sabe bien de lo que habla, ya que es uno de los responsables de las primeras licencias de hardware libre lanzadas en Europa, un proyecto de la institución para la que trabaja. Fue en 2011 cuando el equipo de Serrano decidió abrir al mundo algunos de los resultados de sus investigaciones a través de la plataforma Open Hardware Repository, que actualmente alberga más de 350 proyectos gracias a la colaboración de sus miembros. “Al diseminarlas con licencias de hardware abierto, varias de las tecnologías desarrolladas para un cometido particular en el CERN han sido de utilidad para empresas de tamaño reducido, que las han adaptado para otras aplicaciones, gracias a lo cual han incrementado sus negocios”, apunta Serrano.

Algunos de los proyectos realizados con RISC-V se comparten bajo esa licencia creada por el CERN, aunque Serrano aclara que hay otros muchos modelos usados en el ámbito del hardware libre. “Lo importante es no privatizar el desarrollo, porque las patentes y los royalties solo benefician a unas compañías en particular, lo cual reduce el impacto en la sociedad”, señala.

En este mismo sentido, Lluís Terés insiste en que para que la cooperación en hardware libre sea una realidad hay que compartir esfuerzos, aparcar los egos y apostar por la generosidad. “Queda camino por recorrer pues apenas estamos al final del principio, aunque ya hay muchos pasos consolidados y el código abierto tiene mucha proyección. Incluso en el caso de que nos equivoquemos y dentro de diez años RISC-V no sea la opción ganadora, seguro que el hardware libre habrá triunfado gracias a otra alternativa”, concluye el coordinador de Red-RISCV.

Bondades del hardware libre

Democratización. El hardware libre abre nuevas oportunidades de negocio a compañías de cualquier tamaño, que tienen acceso a arquitecturas con las que hacer sus propias creaciones sin pagar grandes cantidades a los propietarios de la tecnología. Por ejemplo, NVision es una pequeña firma de Igualada (Barcelona) que ha diseñado un microprocesador basado en RISC-V para dispositivos de IoT seguros. Y otras dos pymes barcelonesas han abordado directamente el desarrollo de núcleos procesadores: Semidynamics y Esperanto Technologies. Esta última, además, fundó junto a Google, SiFive y Western Digital la organización Chips Alliance, destinada a promover sistemas de hardware abiertos y desarrollar soluciones basadas en RISC-V. Otras pymes europeas que destacan por este tipo de arquitecturas son la checa Codasip y las francesas Cortus y GreenWaves Technologies.

Aplicaciones a la carta. Existen investigaciones en torno al cambio climático, al cerebro humano o al consumo eficiente de energía que requieren mucha capacidad de cálculo e implican adaptar procesadores ya existentes a ese determinado fin. Sin embargo, gracias al hardware libre pueden crearse chips especializados para una tarea concreta, lo que conlleva un ahorro de tiempo y dinero.

Mayor actividad comercial. El código abierto no supone ningún impedimento para la actividad comercial, sino que la dinamiza al facilitar una base colaborativa que impulsa la competitividad, lo que al final se traduce en mejores productos a precios más baratos. Al igual que ha ocurrido con el software libre, el hardware libre dará lugar a múltiples ofertas tanto públicas y libres como privadas y comerciales.

Robustez. En los sistemas abiertos hay muchos desarrolladores trabajando sobre un mismo estándar o arquitectura, por lo que es más fácil detectar y comunicar posibles fallos o un mal funcionamiento. “Sin embargo, en los sistemas cerrados y propietarios muy pocos conocen las entrañas más íntimas de los chips y además están sometidos a la confidencialidad de su firma”, según Lluís Terés, coordinador de Red-RISCV.

Seguridad. Al diseñar un procesador propio, se conoce al detalle toda su arquitectura, al contrario de lo que sucede al comprar un chip sin acceso a las instrucciones del hardware, que acarrea el riesgo de que incorpore puertas traseras o instrucciones perjudiciales para la seguridad o privacidad de los usuarios. Aun así, hoy en día la mayoría de los diseños europeos realizados con código abierto acaban fabricándose en Asia, por lo que es difícil tener controlado al 100% este aspecto debido a los diversos eslabones que conforman la cadena de producción y distribución del producto.

Iniciativas convergentes con Red-RISCV

  • RISC-V Foundation. Creada en 2015, esta entidad impulsa la arquitectura de hardware libre a nivel mundial. Publicó en abierto las especificaciones de base del conjunto de instrucciones de RISC-V y se ocupa de coordinar y mantener la evolución del correspondiente estándar de facto. Actualmente cuenta con más de 450 miembros de 33 países y es socia de OpenHw Group, otra organización mundial dedicada a la cooperación en torno al hardware libre.
  • Lagarto. Primer procesador con repertorio de instrucciones RISC-V de código abierto desarrollado en España. Es fruto de un proyecto liderado por el Barcelona Supercomputing Center (BSC) con la participación del IMB-CNM del CSIC, el Centro de Investigación en Computación del Instituto Politécnico Nacional (IPN) de México y los Departamentos de Arquitectura de Computadores (DAC) e Ingeniería Electrónica de la Universidad Politécnica de Cataluña. Creado a partir de un diseño inicial del IPN mexicano, Lagarto se desarrolló en España y se fabricó en Taiwán a través de los servicios de Europractice, una plataforma de la Comisión Europea para impulsar el desarrollo de sistemas integrados inteligentes con tecnologías microelectrónicas.
  • LOCA. Siglas en inglés de Laboratorio Europeo para la Arquitectura Abierta. Con sede en Barcelona y liderado por el BSC, este centro de investigación, formación y colaboración tiene como objetivo diseñar y desarrollar en Europa chips y procesadores de computación de altas prestaciones.
  • DRAC. Designing RISC-V-based Accelerators for next generation Computers es una iniciativa cofinanciada por la Generalitat de Catalunya, a través del programa RIS3CAT-Tecnologies Emergents, y fondos EU-ERDF de la Unión Europea. Liderado por el BSC con la participación de cuatro universidades, varias empresas y centros colaboradores, el equipo de DRAC trabaja en el desarrollo de aceleradores de cómputo para ámbitos específicos de aplicación (seguridad, criptografía, genómica y conducción automática, entre otros), basados en la arquitectura RISC-V.

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