開放硬體來了！

文 / Kenson Chou，TOPC 台灣開放平台俱樂部 創辦人

開放硬體(open hardware)，最近這幾年在全世界都掀起了風潮。其中比較知名的開放硬體，包含有 Arduino 快速電子打樣系統、Raspberry pi 樹莓、迷你PC、3D列表機…等等。這些裝置，不但簡單易用，價錢也非常便宜，對世界的DIY愛好者，有著廣大的吸引力，也對全人類科技電腦的進步，有著顯著的影響。有人預估開放硬體的出現，也將如網路改變人類的生活一樣，加速人類第三次工業革命的到來。既然開放硬體有如此巨大的魅力與影響力，就讓我們深入開放硬體的殿堂，一窺其全貌。

什麼是開放硬體呢？

所謂開放硬體，就是硬體裝置(device)設計者將線路圖、佈線圖、零件表等關鍵技術資料，開放給一般大眾，讓所有人都能依據這些資料，使用、改進、製造更優良的硬體裝置。相對於開放硬體的開放，傳統的硬體裝置，所有關鍵資料都是屬於機密，當然也不會放到網路，開放給大眾。剛接觸開放硬體的人都會感覺驚訝：真的有人願意這麼作嗎？會把辛苦研發的產品分享出來？答案是確定的，真的有人如此作，而且還是不少人或團體。許多人推出開放硬體的目的也許不盡相同，但只要是開放，就符合「自由」、「分享」、「互惠」的基本精神，而這些精神，是令人鼓舞與讚賞的。

GPL遊戲規則

雖說自由、分享與互惠是開放硬體的精神，但要實際使用開放硬體，還是有些規則大家必須遵守，否則再好的精神，也無法長久持續下去。開放硬體的的規則主要是以GPL (general public license 通用公共授權條款)為代表。GPL當初是 由 Richard Stallman為了 GNU 計畫所撰寫(GNU 計畫是發展UNIX操作系統)，而其目的，是為保證 GNU 軟體可以自由地被使用、複製、修改和發行，這與傳統商業授權條款用來限制使用者的目的完全相反。GPL 這種精神與內涵，後來陸續被其他人效法與使用。時至今日，除了當初的開放軟體外，開放硬體也同樣加入GPL的行列，使得GPL成為開放軟硬體使用最廣泛的授權條款了。當然，除了GPL以外，還有其他衍生LGPL與 BSD等類似授權條款，也被當作授權條款之一。

開放硬體內容

開放硬體到底開放哪些資料呢 ？一般而言，開放硬體所提供的開放資料包含下列幾個部份，有了這些資料，使用者就可以進行修改與複製。其中要注意的是，廠商依據其自身的考量，提供出來的開放資料不盡相同。另外，就算是廠商有提供這些關鍵技術資訊，也可能不是最新版本，也不會提供品質保證。這些開放資料的使用風險，使用者必須自己承擔。

1. 線路圖 (schematic)：線路圖是硬體裝置最重要的技術資料，有了線路圖，就可以據此產生佈線圖、零件表，最後將設備製造出來。所以一般而言，有號稱是開放硬體的裝置，線路圖一定會開放。
2. 佈線圖 (Layout)：就是零件(電容、電阻、關鍵IC)的佈置圖。許多開放硬體不一定會開放佈線圖。
3. 零件表(Bill of Material)：所有零件的列表，有了這個表，就可以據此製造開放裝置，計算出生產成本以及庫存管理。許多開放硬體不一定會開放零件表。
4. 授權條款：廠商所宣告的授權條款，也因其自身考量而會不同，不過一般而言，還是以GPL或是LGPL/BSD為大宗。開放硬體絕大部份都有授權條款。

開放硬體的特色

售價低廉、容易使用、說明文件多、社群參與多，是開放硬體幾個鮮明特色。這些特色都源於開放硬體的最重要的部份：線路圖開放。

有了線路圖，就可以激起人類的好奇心與求知欲，參與的人就變多了，討論的人也變多了，當然就有熱情的人與社群願意分享許多使用經驗與產品說明；而這一切，都會加速開放硬體的推展。售價低廉是開放硬體一大特色，有了線路圖，理論上，誰都可以製造生產，不會被少數廠商壟斷，零售價當然就相對低廉許多。以前一片2000~3000NT的教學開發板，現在只要500~1000NT就解決了，對使用者而言是一大利多。源於義大利的 arduino 快速電子打樣系統，其最大優勢就是容易使用，一般電腦產品都需電腦專業人員才能修改或設計，但 arduino 提供一個簡單好用的開發平台，讓一般的DIY MAKER、藝術家、互動科技愛好者…..等等非電腦專業人員，也可以在 arduino 硬體板子上開發新的產品。

開放硬體與開放軟體的差異

有些人也許聽過開放軟體( open software)，顧名思義，開放軟體就是將軟體原始碼(source code)，開放給他人使用，如歷史悠久的linux操作系統就是開放軟體。那麼開放硬體與開放軟體有哪些異同呢？下面作個簡單的分析比較：

1. 開放的精神：兩者都是一樣的，都是推廣自由、開放、分享的理念。
2. 授權條款：也是相同，都是依據GPL或是衍生之相關授權如 LGPL，或是其他授權條款。
3. 開放內容：不盡相同，開放軟體是以程式原始碼(source code)為開放標的，而開放硬體通常以線路圖、零件表為主，當然還要加上能夠在此開放硬體執行的開放原始碼(open source)。所以一般而言，開放硬體開放的內容包含軟硬體(也可以稱作開放平台)，範圍比較廣。
4. 開放者類型不同：開放軟體一般源於個人或社群，只要將原始碼放到網路，讓有興趣的人下載，即可達到傳播之目的，這種傳播方式一般不需要實際額外資金投入。而開放硬體一般源於社群或商業公司，主要原因是開放硬體需要經歷製造過程，如購料、加工、生產、庫存……等等，才能看到裝置實體，而這些製造過程需要實際資金投入才能完成。

開放硬體四個層次

目前市場上有各種不同種類的開放裝置，其應用方式不太相同，如果將其功能區分為四個層次就更容易了解。目前進展最快，銷售數量最大的，就屬於第二層的 miniPC(迷你PC) 與 第三層的 3D列表機。隨著市場擴大，更多不同應用的開放硬體將會陸續出現。

1. 第一層 IC 層：這是最底層，也就是將IC的設計圖開放出來，這部份還不成熟。
2. 第二層 板材層 (board level)：目前市場上流行的 arduino、raspberry pi、miniPC……等等都屬於此類。
3. 第三層 系統層( system level)：這一層開放裝置，需要高度整合軟硬體資源，例如 3D 列表機需要整合3D繪圖軟體以及3D輸出裝置。
4. 第四層 跨領域整合層：這一層開放裝置，除了整合嵌入軟硬體之外，還整合了生物醫學等不同領域的專業知識，例如個人DNA檢測機。

開放硬體的未來

藉由開放硬體逐漸深入生活，人類將更能享受彼此科技發展的成果。過去「COPY」的「惡行」，將轉化為人類大幅進化的「動力」。試想，如果網路上有許許多多的開放線路圖與開放原始碼，每個人都可以複製、修改、傳播，並據此激盪出更多的創意，然後再回饋開放給其他人。許多人也可以將精力與資源投入在更複雜與更需要解決的事物上，如此循環下去，開放硬體的深度與廣度將大幅擴展，人類的整體進步速度也將遠遠大於過去的發展。