开源硬件热潮 自造发展刺激3C电子产业新创意
- 魏淑芳
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开源硬件(open hardware)近几年成为电子、3C产业的发展新动力，不仅Arduino、Raspberry pi树莓派或基于类似前者开源硬件开发板开发的各式开源硬件专案，不仅成为电子产业源源不绝不绝的设计创意汲取泉源，甚至相关板材、电子零组件需求驱动产业推展，形成另一个特殊的Maker新市场...
近几年来Arduino系列或是Raspberry pi系列开源硬件产品，由于在电子线路完全开放、PCB板线路开放，加上采取得容易、成本低廉的嵌入式运算芯片，配合开源嵌入式系统与第三方软件整合，创造如3D印表家、迷你PC、个人DNA分析仪或是个人CNC切割机等相关应用，加上教育市场积极导入开源硬件搭配程序开发教学，开源硬件俨然已成为一股新兴的Maker市场趋势，不仅应用多元，产生的庞大产值也令相关业者积极投入。
基于开源硬件精神 Arduino、Raspberry pi成长惊人
在这些知名的开源硬件中，包含Arduino、Raspberry pi等都有几个共通的特性可以观察，例如，这些装置或是开源硬件开发板大多简单易用、价格便宜，既使在性能上可能与智能手机、平板电脑这类嵌入式系统应用无法相提并论，但实际上在实用的效能定位与丰沛的I/O界面，在功能性与系统扩展可能性，都提供了个人Maker极大的创意发挥空间，只要具备基础电子电路概念加上系统与程序部署，一般人便可以制造自动化甚至是智动化的应用整合方案，吸引众多喜爱DIY的爱好者趋之若鹜。
Arduino、Raspberry pi这类开源专案会如此低价的原因，其实在开源硬件概念下，用户可以自行取用开源资源制作所需的电子电路、搭配关键零组件建构个人的开发板环境，或是透过开源硬件团队自行整合的开源硬件方案取得开发资源。
由于开源硬件已针对可能的开发需求预留专案所需的I/O、功能扩展界面等，个人Maker则可视手上的专案需求选择整合的底层系统、开发环境进行相关应用部署，这在以前想进行相关个人智能硬件应用开发，通常Maker得先具备嵌入式SoC专业整合能力、同时需要电子电路开发能力，再加上底层系统、开发应用层系统环境整合经验，才能完成手上的个人专案，而且，因为Maker毕竟未具备专业硬件开发环境，个人制造的电子电路可能在稳定性表现相对受限，不见得能使用SMD(surface-mount device)表面黏着技术整合相关元件。
开发硬件可能在电子电路载板过大而无法因应穿戴装置或移动设备的开发需求，但在基于大量制造的开源硬件平台，个人Maker除可享受高度整合、高度扩展弹性的开源硬件电路优势，能用极低成本(时间、金钱)获得专案所需的嵌入式运算平台。
个人Maker热潮加温 促使开源硬件更受关注
开源硬件对个人Maker来说，等于是提供了强而有力的开发基础平台，可让开发者更专注于应用专案的软件与系统整合方向，不需再受硬件开发能力所限，产生的开发能量与激发的应用创意，在近年掀起热潮的群众募资平台掀起一波个人制造、Maker创业热潮，只要有创意、有开发整合能力，就能在极短时间内发展出MVP(Minimum Viable Product)最小可行产品，用最少的成本快速验证创意产品的市场接受度。
「开源硬件」实际上是硬件设计者将电子电路板的布线图、线路设计图、零组件清单等生产制造关键技术数据开放，一般大众可以在取得数据后进行制作硬件，甚至以原设计为基础进行改良，开发更先进的硬件设计，而开源硬件对比传统电子硬件产品设计就会相对更容易理解，传统电子产品硬件设计在产品机壳内的电路、元件、布线图均采机密态度处理，不仅不会透过网站或社群散布，甚至还会将关键半导体、零组件采Remark方式隐匿关键料件数据，至于开源的价值就在于「自由」，透过完全开放、散布关键硬件信息，达到其自由、分享与互惠的开源精神，而在开源硬件基础下让自制硬件的热潮快速蔓延、扩展。
遵循GPL、LGPL、BSD等授权条款 扩展开源硬件影响层面
但需注意的是，虽开源硬件核心价值在于开放与自由，但实际上其自由、分享、互惠的硬件精神仍有规则需要遵守，否则会阻碍了开源精神传递与扩展。
开源硬件的规范主要是依循GPL(general public license)通用公共授权条款，至于GPL公共授权条款当初为由Richard Stallman为GNU计划进行撰写，目的为保证GNU的软件可自由地被复制、修改、应用与发行，而后GPL的分享精神与内涵陆续被其他人效法，现今除当时开源软件之外，开源硬件亦加入GPL行列，间接延续GPL成开放软？硬件最广泛之授权条款，而除了GPL之外，还还有衍生的LGPL、BSD等授权条款。
理解开源硬件的特色与其市场爆炸性成长关键，可以再来检视开源硬件的开放细节内容，一般来说开源硬件主要包含线路图(schematic)、布线图(Layout)、零件布局、零件表(BOM，Bill of Material)等，线路图与布线图有蛮大的差异，线路图为电子元件、线路的连接关系图，有了这个数据可据此产生实际设计电路板、设置零组件的线路布局，这也是大量生产前的PCB电路板必备的设计图。
开发过程会先在电脑上模拟线路图与关键元件的逻辑运作状态，确认线路与零组件连接无误才会以线路图转换至实际PCB布线，但PCB布线在实际产品开发过程不是直接投产大量制作，而是会先以布线模拟软件分析元件、PCB布局、关键元件特性进行线路布局调整，经过数次工程样品制作、模拟测试确认PCB板设计品质后，才会进入PCB量产程序。
透过硬件设计数据释出 降低硬件开发成本与耗时
而开源硬件若已提供至布线图数据公布，若开放的线路布局为多次验证的PCB布线，对于不熟悉硬件开发流程的产品设计团队自然可以省去重复验证线路布局的成本投入，甚至可以据已有的开源内容进行产品优化设计，追加附加功能或是提升现有设计的品质或稳定度。而在量产阶段，除有线路逻辑、PCB布局等数据外，量产另一个重点则为零组件备料，多数开源硬件甚至还会提供到完整的零件表，让使用开源资源基础进行研发的团队，可用更短的开发周期发展产品设计。
但需注意的是，即便开源硬件提供者已将设计释出、开放，但实际上开放的程度、释出数据的更新度、完整度完全取决于释出者愿意的开放程度而定，即便提供了线路图不代表资源提供者就必须将线路布局、料件表一并完整公开，甚至还是提供最新版、最新优化的数据，对于采行开源数据进行产品开发的团队，仍须有一定程度的硬件知识，进行开源硬件数据的审视、试做与验证，因开源硬件开放数据的完整性与正确性仍有使用风险，这些都是后期导入开源硬件与开发资源必需承担的可能风险。
另一个使用开源硬件需注意的重点，即开源硬件的法律面应注意部分，这也是相当多取用开源硬件资源常出现的疏漏。一般开源硬件会在释出数据附加所谓的「授权条款」，开源硬件数据释出的拥有者可能是协会？团体、个人或是新创公司，释出资源的一方会因为自身的定位与市场需求考量而有不同的授权条件差异，多数仍会以LGPL/BSD、GPL等方式为大宗，授权范围、条件等仍须仔细检视、确认，避免已投入时间、资源进行相关应用后才发现授权限制问题，白白增加产品的开发风险。
跨领域整合 激发更多元的开源硬件应用方向
开放硬件毕竟与开放软件不同，因为开放软件可以由个人或社群将开发原始码投放至网络，供后继开发者延续推展开发进度、或是接续释出开源，因为硬件还需要进入实体量产才能发挥价值，过程需要进入设计、验证、备料、生产、测试、出货等，开源硬件仍须面对庞大的生产与库存成本，除了个人或协会角色外，开源硬件的参与者更多的是新创公司、商业公司，有积极的市场需求、资金投入才能让开源硬件有机会被实作、上市。
目前开源硬件可大致区分为IC层(IC level)、板材层(board level)、系统层(system level)与跨领域整合层(integration level)四大层次，IC层可以说是开源硬件的最底层，就是把IC元件的设计图开放释出，但这部分的发展方向并不成熟；板材层是目前开源硬件发展的主要驱动力，在市场的爆发力颇惊人，着名的如Arduino、Raspberry pi等；系统层的开源硬件，可以说是需要高度整合软？硬件资源的开源专案都能算是系统层开源硬件，例如，开源CNC机台、3D打印机等，不只需要硬件支持，需要软件、系统整合；在跨领域整合层的开源硬件开发难度更高，这个层次的开源装置除整合嵌入软？硬件？系统外，还需加入跨知识领域的专业知识参与开发，例如DNA个人检测设备开源硬件专案，即结合电子、电机与医学跨领域知识。
开源硬件未来发展与重要性将愈来愈高，不只各式开源硬件将逐渐深入生活，终端使用者也会以更低廉代价与更快的速度享受到基于开源硬件的科技成果，而在更多开源硬件释出丰富、完整的线路图、线路布局、系统整合资源后，每个有志改善、优化硬件设计的人都可取得完整开发数据进行产品的再研发、设计，透过开源精神再将成果释出给后继者，降低后继研发者的投入资金与技术门槛，将激发更多硬件应用的可能性与创意，扩展开源硬件的市场应用范围。
