为什么(以及如何)公共机构应该以OSH的形式发布更多的硬件设计

为什么(以及如何)公共机构应该将更多的硬件设计作为开源硬件发布。

初步说明：本文是与Carlos Serrano合著的。哈维尔供职于欧洲核子研究组织(CERN)，这是位于瑞士日内瓦的欧洲粒子物理实验室。卡洛斯就职于LBNL，这是位于美国加利福尼亚州伯克利的劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)。CERN和LBNL都有关于其使命的公开声明，其中包括最大限度地发挥其发展对社会的积极影响。当然，为达致这些目标所采用的方法，会因应每项发展的情况而有所不同，在较小程度上，亦须视乎意见而定。本文仅代表作者的个人观点，希望促进富有成效的讨论，并不代表LBNL或CERN的官方交流。Open Hardware Repository提供了一个pdf版本，在一些地方有一些额外的脚注，这些地方可能会欢迎更多细节，但可能会干扰介质中的阅读流程。

想象一下这样一个世界，在这个世界里，公共机构创造了一个每个人都可以自由使用的共同的知识和技术池。在这个世界里，商业实体建立在公共领域的基础上增加价值和产生收入，其中一些重新注入公共领域，以推动公共领域的持续增长。想象一下，我们有一种方法可以让这个过程变得超级高效。只要想一想公共机构中已经存在的创造性能量：大学、实验室、政府机构…。在这篇评论文章中，我们认为，通过协调和适当的支持，这一愿景可以极大地促进创新和福利。如果这对你来说听起来很有说服力，那就继续往下读。

在当今的现代社会，软件无处不在。在正常的一天里，无论我们在哪里看，软件都在工作，帮助我们早上煮咖啡，送孩子上学，工作，会见朋友，并选择晚上看一部好电影。软件无处不在，从学校到机场，从医院到体育场。到处都是。

软件的普及是许多人开发它的一种表现。软件开发在上世纪80年代和90年代开始民主化。在几年的时间里，编写有用的代码变得容易得多。计算机也变得更便宜了，这两个原因让许多人成为软件开发人员，无论是为了工作，还是为了娱乐，或者两者兼而有之。

既有用又容易做的东西有一种特殊的品质。一个例子是穿越法国和瑞士之间的边界；这很容易做到，对于许多每天这样做的人来说，去上班、去旅游或出于任何其他目的都非常有用。因为这既容易又有用，如果能做到这一点，即如果采取适当的措施，如法律和基础设施，使人们可以方便地过境，整个社会就会受益良多。一个不容易和有用的例子是去木星旅行；尽管它会显得武断和尴尬，但如果被禁止，相对来说很少有人会抱怨。

在50年代，共享软件源代码并不是很有用。很少有人拥有计算机，而且软件通常非常特定于特定的计算机类型，因此收件人能够运行他将收到的软件的机会微乎其微。这也不容易，通常涉及到昂贵的拷贝和到目的地的物理运输。随着90年代软件开发的民主化和Web的发展，共享软件变得越来越容易和有用，因此采取适当的措施来促进共享软件的情况变得更加令人信服。GNU项目的开始，其目的是开发一个自由即自由的操作系统，以及GNU通用公共许可证(GPL)的发布，通常被认为是自由与开放源码软件(FOSS)范例的基础。他们建立了有效共享源代码和二进制文件的最佳实践，Linux内核等项目采用这些实践引发了一场革命。今天，当我们在互联网上与朋友、同事、供应商和其他参与者互动时，GNU/Linux和其他自由/开源软件项目为我们每天使用的大部分基础设施提供了动力。

我们在这篇文章中的论点是，硬件开发目前正在经历类似的民主化过程。设计工具本身就是自由/开源软件，它允许非专家设计复杂的硬件，而这在几十年前还需要一家小公司。基于这些设计的产品制造也变得非常容易和便宜。虽然物理产品的生产总是比从一组源生产二进制文件的成本更高，但是硬件设计文件本身的交换与软件源文件的交换一样容易。即使简单有用的条件得到满足的程度比

我们还想对公共机构提出一个特别的观点。私营公司代表社会的一个子集的利益，即其所有者或股东的利益。因此，它的理性经济行为在某些情况下与公共机构不同也就不足为奇了，公共机构代表着一个更大的群体的利益：一个城市、地区、国家或一组国家的全部人口。具体地说，在某些情况下，私营公司可能决定不公布程序的源代码或硬件开发的设计文件，以便将其潜在的竞争对手排除在这一知识之外，以符合其股东的利益。在类似的情况下，公共机构可以判断，公布这些发展符合整个社会的利益，这样公司和个人都可以自由获取这些知识，以便在他们认为合适的情况下进行建设。

那么，如果情况如此令人信服，为什么大多数公共机构不将它们的大部分软件和硬件开发作为开源发布呢？在我们看来，有许多因素，包括惯性和负面的外部激励。在接下来的几个部分中，我们将详细介绍它们，并提出一个路线图，以克服这些障碍，释放出对社会的巨大潜在贡献。如果您是另一门学科(例如软件开发或机械工程)的实践者，那么您可以自由地得出以下结论，说明以下内容在多大程度上适用于您的案例。

我们的经验是在大型实验物理设备的控制和数据采集硬件开发人员社区中，因此本文将被解释为在该背景下广泛适用。与其他公款硬件设计师社区成员的讨论使我们确信，这些问题是相当普遍的。

这里需要快速澄清一下我们正在讨论的硬件类型：我们主要使用硬件描述语言(HDL)进行印刷电路板(PCB)设计和现场可编程门阵列(FPGA)设计。在这个领域，容易和有用的共享假设完全适用。它在专用集成电路(ASIC)设计中的应用较少，但我们上面描述的民主化也可能达到这一领域，这可能只是一个时间问题。

控制和数据采集通常是一般任务。例如，以每秒1亿个样本的采样率数字化模拟波形是许多项目所需要的。为满足这一要求而设计的设备不需要知道模拟信号是来自望远镜还是粒子探测器。然而，有各种各样令人眼花缭乱的设计在有效地做着同样的事情。同步系统、模拟波形发生器、高速通信链路和控制系统的许多其他基本构件也是如此。有时，有人争辩说，为了让科学发现至少由两个小组以完全不相关的方式复制，放弃由于共享设备中的设计错误而可能产生的任何系统影响，独立开发是必要的。我们一致认为，有些品种是好的，并留下了创新和进步的空间。除了一定程度的多样性之外，给社会带来的额外成本很难证明是合理的。

除了显而易见的成本外，不必要的努力倍增还有其他不太明显的成本，即社会的钱赚得越来越少。第二块规格几乎相同的模数转换器(ADC)板给第一块板增加的价值很小，因此这一趋势一直持续到100ᵗʰ甚至更高。其他成本包括错过共享维护的机会、规模经济以及设计团队之间的沟通带来的改进。软件界也受到同样问题的困扰。一方面，更多的人可以访问开发软件，这导致了冗余解决方案激增的趋势。另一方面，共享开发比硬件世界更成熟，这在一定程度上补偿了这种不必要的努力倍增。

缺乏信息。有些人只是不知道在其他一些机构，或者(对于大的地方)，即使是在同一个机构，类似的发展也在进行中。

风险管理和/或缺乏信任。一些团队可能会决定单独行动，而不是开始合作，因为他们没有直接的层级界限，可以让他们告诉每个设计师做什么，很容易改变计划，等等。

知识和技术转让(KTT)优先级低。在许多情况下，融资紧张，最后期限也是如此。设计师生产一些东西，但有一种看法是，准备将其转移到外部世界会招致额外的成本，无论是在金钱上还是在时间上。这包括像适当的文档、设计审查和许可这样的事情，但通常也会涉及到或多或少的项目规模的重新调整，因为要让一些东西真正对其他人有用，通常需要解决比手头的问题更一般的问题。如果管理链对这一步重视不够，设计师可能自然会选择不发表。KTT办事处的主要目标是最大限度地发挥技术发展对社会的影响。在过去的20年里，世界各地的组织都认为这是一个可取的目标，并成立了KTT小组来协助这一进程。然而，在许多情况下，支持这些活动的预算与这些办事处的任务规定中提出的雄心壮志不符。

有害的激励。研究小组被要求进行竞争。他们中的一些人自然而然地形成了一种不分享他们的发展的倾向，要么直到很晚，要么根本不分享。他们这样做是出于害怕帮助他们的竞争对手赶上他们并超越他们。这是一个严重的问题。有时，研究小组的存在可能会因为这种分享而受到损害。当然，如果从纳税人的角度来看，问题就出现了，因为纳税人为所有这些平行的努力提供了资金。

另一种有害的激励并不直接适用于设计师，而是适用于他们机构中的KTT团体。越来越多的人要求这些团体自负盈亏，或者以其他方式为一些目的创造收入。专有开发的货币化通常被认为比开源开发更直接，因此这可能会促使这些团体更喜欢专有许可安排，根据这种安排，他们可以从版税中获得收入。

不管上面的列表是完整的，甚至是正确的，事实是，有大量的公共资金资助的开发项目在各自机构的墙外影响很小(如果有的话)。发展往往解决了分配给他们的有限问题，而不是其他问题，放弃了为经济活动和全球福利做出更大贡献的机会。

公共机构中的团体不太公开分享的另一个原因是，某些管理者认为，他们的研究结果应该只让资助它的那部分人受益。就城市而言，它应该是它的市民。对于地区性机构来说，应该是来自该地区的个人和公司，以此类推。对于国家和国际实验室，人们经常听到反对意见，认为向亚洲某个特定的大国免费提供我们所有的知识和技术是不合适的。一种可能的推理是，这些外部行为者可能会利用这些知识来损害我们的经济，方法是让“他们”廉价生产融资州的公司本可以出售的产品，利用利润率适当地支付员工工资，并再投资于创新。我们稍后解释为什么我们认为这一推理是不完整的，并可能导致放弃造福我们社会的重要机会的决定。

创建专利制度是为了激励创作者披露他们发明的细节。为了换取对一项发明的经济实施的暂时垄断，预计专利持有者将公布其细节。显然，专利制度最初是为了鼓励分享而设计的。

目前公共机构专利发明的趋势是由我们已经提到的两个因素共同引起的：一是期望KTT办公室(全部或部分)自筹资金，二是希望能够通过给予一项技术的独家或非独家使用权来偏袒一小部分公司(通常是资助州/地区的公司)。就前者而言，它可能起源于上个世纪八十年代，当时西方世界的舆论越来越相信私营部门在分配资源方面必然比公共部门更有效率。因此，公共部门应该精简，并在可能的情况下采取竞争做法。多年来，学术竞争一直是公共研究的基本原则，但人们认为，在混合中加入经济竞争将使实验室变得更加高效。

从这个角度来看，专利应该是任何KTT办公室工具箱中的基本组成部分。它们的使用允许非常精细地控制特定技术的传播，只有利于我们认为合适的参与者。它还允许通过特许权使用费产生收入，然后这些特许权使用费

上面的分析是为了解释为什么有这么多的实验室和大学参与专利申请的提交。我们稍后会解释为何我们认为这一连串的推理是错误的，但我们想澄清一件事：我们深信，在公共机构推动这类做法的人这样做，是因为他们认为这是公帑的最佳用途，而且他们可能是对的，即在许多情况下，将公帑产生的知识私有化可能是社会的制胜策略。我们恭敬地不同意，但我们可能是错的。

让我们先说一件事：分享是个人和组织的自然状态。当你发现某事时，你的第一反应是分享消息，并向别人解释你的发现。当前普遍存在的不共享做法是一种约束，是人为强加的，有时是有很好的理由的。因此，人们不应该证明共享是正当的，而应该证明不共享是正当的。更重要的是，我们的许多公共机构在其任务中都规定了分享。就科学实验室而言，发现的重现性，这一科学的基本原则，直接受到不透明和专有发展的损害。因为人们通常喜欢分享，如果你不限制他们与组织内外的其他人交换信息的能力，你会更容易雇佣优秀的开发人员。此外，如果这些开发人员是开源的，他们有更好的机会熟悉您的技术，他们将在工作中不断学习，因为他们与世界各地的其他有才华的人互动。从这个角度来看，投资开源就是投资与您一起工作的人。这不是一种理论。这是我们在实践中屡见不鲜的。

在我们进入系统的讨论之前，有一个简短的免责声明：为了简明扼要，并考虑到本文件已经相当长，我们没有完全展开下面的一些论点。我们希望我们给出的解释是足够的，如果需要的话，我们可以继续进行进一步的讨论。我们将来可能会用一份更学术性的文件来补充这份文件，这份文件读起来会更重，但会努力支持我们所有的主张，并引用大量关于这一主题的文献。

好的，让我们来看看一些情况，在这些情况下，一家机构可能会决定不分享是最好的选择。例如，我们前面提到的资助机构就是一个难题。让我们假设我们真的想偏袒本地工业，因此决定为某项技术申请专利，或将其只提供给一些选定的参与者，希望它会变得非常受欢迎，而这些公司在这个过程中将能够产生巨大的收入，并对就业和福利做出贡献。这一切都很好，只是经验表明它很少奏效。大多数以开源形式发布的开发都将开放性作为其关键(通常是主要)卖点之一。开放性使产品对最终用户更具吸引力，因为在这种情况下供应商锁定的风险几乎为零。这反过来又使市场变得更大，有时超过了产品可以盈利的临界质量。相反，许多私人交易失败是因为这些产品的市场从未起步。它们是“一个以上的信号采集系统”或“一个以上的信号分析软件套件”。没有什么能真正将它们与其他许多相互竞争的发展区分开来。开放性是关键的不同之处，它可以使公共资助的开发项目对最终用户具有吸引力。

我们都知道使用专有范式取得成功的例子，其中一些非常成功。例如，数字音频的MP3编码格式，主要由弗劳恩霍夫集成电路研究所开发，为其带来了数百万欧元的版税。很明显，从研究所的角度来看，再想一想研究所是私营的，以创收为主要任务，这是很大的成功。如果弗劳恩霍夫研究人员决定将开发开源，人们可以采取不同的观点，研究它对社会的影响是高是低，以及这种影响会更低还是更高。当然，弗劳恩霍费尔部分自筹资金的模式将选择向专有端倾斜，但这种模式一开始也可能受到挑战。即使是这个专有传播的典范也受到了有争议的意见。我们现在应该停下来提醒读者，我们刚才提到的情况是极其罕见的，即使在像Fraunhofer这样的机构中也是如此，这些机构的明确目标是产生这种技术。此外，请注意，弗劳恩霍夫的非歧视性许可政策是。

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