Controlador de dispositivo gráfico gratuito y de código abierto

Hay objeciones a los controladores binarios únicamente basadas en preocupaciones de derechos de autor, seguridad, confiabilidad y desarrollo. Como parte de una campaña más amplia contra los blobs binarios , el desarrollador principal de OpenBSD, Theo de Raadt, dijo que con un controlador binario "no hay manera de arreglarlo cuando se rompe (y se romperá)"; cuando un producto que depende de controladores binarios es declarado al final de su vida útil por el fabricante, está efectivamente "roto para siempre". ^{[ 1 ]} El proyecto también ha declarado que los controladores binarios ^{[ 2 ]} "ocultan errores y soluciones alternativas para errores", ^{[ 3 ]} una observación que ha sido en cierta medida justificada por fallas encontradas en controladores binarios (incluido un error explotable en los controladores 3D de Nvidia descubierto en octubre de 2006 por Rapid7 ). Se especula que el error ha existido desde 2004; Nvidia lo ha negado, afirmando que el problema solo se les comunicó en julio de 2006 y que el error de 2004 era un error en X.Org (no en el controlador de Nvidia). ^{[ 4 ]}

Los controladores binarios a menudo no funcionan con las versiones actuales del software de código abierto y rara vez son compatibles con las versiones de desarrollo de dicho software. Por lo general, un desarrollador no puede usar directamente los controladores propietarios de Nvidia o ATI con una versión de desarrollo de un servidor X o del kernel de Linux. Las funciones como la configuración del modo del kernel solo pueden ser añadidas a los controladores binarios por los proveedores, lo que impide su inclusión si el proveedor carece de capacidad o interés.

En la comunidad de desarrollo del kernel de Linux , Linus Torvalds ha hecho declaraciones contundentes sobre el tema de los módulos binarios: "Me niego siquiera a considerar atarme las manos con respecto a algún módulo binario... Quiero que la gente sepa que cuando usan módulos binarios, es su problema". ^{[ 5 ]} Otro desarrollador del kernel, Greg Kroah-Hartman , ha dicho que un módulo del kernel binario no cumple con la licencia del kernel (la Licencia Pública General de GNU ); "simplemente viola la GPL debido a cosas divertidas como obras derivadas y enlaces y otras cosas". ^{[ 6 ]} El escritor y científico informático Peter Gutmann ha expresado su preocupación de que el esquema de gestión de derechos digitales en el sistema operativo Windows Vista de Microsoft pueda limitar la disponibilidad de la documentación necesaria para escribir controladores abiertos, ya que "requiere que los detalles operativos del dispositivo se mantengan confidenciales". ^{[ 7 ]}

En el caso de los controladores binarios, existen objeciones debido a la filosofía del software libre , la calidad del software y las preocupaciones de seguridad . ^{[ 8 ]} En 2006, Greg Kroah-Hartman concluyó que:

Los módulos del kernel de Linux de código cerrado son ilegales. Así de simple. He tenido la mala suerte de hablar con muchos abogados de propiedad intelectual a lo largo de los años sobre este tema, y ​​todos coinciden en que hoy en día es imposible crear un módulo del kernel de Linux de código cerrado. Simplemente viola la GPL debido a cuestiones como las obras derivadas y los enlaces . ^{[ 9 ]}

El núcleo de Linux nunca ha mantenido una interfaz binaria de aplicación estable dentro del núcleo . ^{[ 10 ]} También existen preocupaciones de que los controladores propietarios puedan contener puertas traseras , como la que se encontró en los controladores de módem de la serie Samsung Galaxy . ^{[ 11 ]}

Cuando aplicaciones como un motor de juegos 3D o un software de gráficos 3D transfieren cálculos de la CPU a la GPU, suelen usar una API específica como OpenGL o Direct3D y no interactúan directamente con el hardware. Dado que toda la traducción (de las llamadas a la API a los códigos de operación de la GPU ) la realiza el controlador del dispositivo, este contiene conocimientos especializados y es objeto de optimización. Debido a la rigidez histórica del desarrollo de controladores propietarios, se ha producido un aumento reciente en el número de controladores de dispositivos respaldados por la comunidad para GPU de escritorio y móviles. Organizaciones de hardware libre y abierto como FOSSi, LowRISC y otras, también se beneficiarían del desarrollo de un estándar abierto de hardware gráfico. Esto proporcionaría a los fabricantes de ordenadores, aficionados y otros usuarios una plataforma completa y libre de regalías para desarrollar hardware informático y dispositivos relacionados.

El mercado de ordenadores de sobremesa estuvo dominado durante mucho tiempo por el hardware para PC que utilizaba el conjunto de instrucciones x86 / x86-64 y las GPU disponibles para PC. Contaba con tres grandes competidores (Nvidia, AMD e Intel). El principal factor competitivo era el precio del hardware y el rendimiento bruto en juegos de ordenador 3D, que se ve muy afectado por la traducción eficiente de las llamadas a la API a códigos de operación de la GPU. El controlador de pantalla y el decodificador de vídeo son partes inherentes de la tarjeta gráfica: hardware diseñado para ayudar en los cálculos necesarios para la decodificación de flujos de vídeo. Dado que el mercado de hardware para PC se ha reducido, parece improbable que entren nuevos competidores en este mercado y no está claro cuánto conocimiento adicional podría obtener una empresa al ver el código fuente de los controladores de otras empresas.

El sector móvil presenta una situación diferente. Los bloques funcionales (el controlador de pantalla del circuito integrado específico de la aplicación , la aceleración 2D y 3D, y la decodificación y codificación de vídeo) son bloques de propiedad intelectual de semiconductores (SIP) independientes en el chip, dado que los dispositivos de hardware varían sustancialmente; algunos reproductores multimedia portátiles requieren un controlador de pantalla que acelere la decodificación de vídeo, pero no la aceleración 3D. El objetivo del desarrollo no es solo el rendimiento 3D puro, sino también la integración del sistema, el consumo de energía y las capacidades 2D. También existe un enfoque que abandona el método tradicional ( Vsync ) de actualización de la pantalla y aprovecha mejor la tecnología de muestreo y retención para reducir el consumo de energía.

Durante el segundo trimestre de 2013, el 79,3% de los smartphones vendidos en todo el mundo ejecutaban una versión de Android , ^{[ 12 ]} y el kernel de Linux domina los smartphones. Los desarrolladores de hardware tienen un incentivo para proporcionar controladores de Linux para su hardware, pero, debido a la competencia, no tienen incentivos para que estos controladores sean gratuitos y de código abierto. Problemas adicionales son las ampliaciones específicas de Android al kernel de Linux que no han sido aceptadas en la rama principal , como el Atomic Display Framework (ADF). ^{[ 13 ]} ADF es una característica de los kernels AOSP 3.10 que proporciona un marco centrado en dma-buf entre el HAL hwcomposer de Android y el controlador del kernel. ADF se superpone significativamente con el marco DRM - KMS . ADF no ha sido aceptado en la rama principal, pero un conjunto diferente de soluciones que abordan los mismos problemas (conocido como configuración de modo atómico ) está en desarrollo. Proyectos como libhybris aprovechan los controladores de dispositivos Android para ejecutarse en plataformas Linux distintas de Android.

La pila gráfica de Linux ha evolucionado, desviada por el protocolo central del Sistema X Window .

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  Controladores 2D en el servidor X
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  Renderizado indirecto sobre GLX usando Utah GLX
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  Infraestructura de renderizado directo y framebuffer
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  Todo el acceso se realiza a través del Administrador de renderizado directo.
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  En el kernel de Linux 3.12, los nodos de renderizado se fusionan y la configuración del modo se separa. Wayland implementa el renderizado directo sobre EGL .

El controlador propietario de Nvidia , Nvidia GeForce driver for GeForce , está disponible para Windows x86 / x86-64 , Linux x86/x86-64/ ARM , OS X 10.5 y versiones posteriores, Solaris x86/x86-64 y FreeBSD x86/x86-64. Se puede descargar una versión actual de Internet, y algunas distribuciones de Linux la incluyen en sus repositorios. El controlador beta Nvidia GeForce 331.13 del 4 de octubre de 2013 admite la interfaz EGL , lo que permite la compatibilidad con Wayland junto con este controlador. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

El controlador gratuito y de código abierto de Nvidia se llama nv. ^{[ 35 ]} Es limitado (solo admite aceleración 2D), y Matthew Garrett , Dirk Hohndel y otros han dicho que su código fuente es confuso. ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]} Nvidia decidió descontinuar nv, no agregando soporte para GPU Fermi o posteriores y DisplayPort , en marzo de 2010. ^{[ 39 ]}

En diciembre de 2009, Nvidia anunció que no apoyaría las iniciativas de gráficos libres. ^{[ 40 ]} El 23 de septiembre de 2013, la compañía anunció que publicaría documentación sobre sus GPU. ^{[ 41 ]}

Nouveau se basa casi por completo en información obtenida a través de ingeniería inversa . Este proyecto tiene como objetivo producir aceleración 3D para X.Org/Wayland usando Gallium3D . [ ^{42 ] El} 26 de marzo de 2012, el componente DRM de Nouveau fue marcado como estable y promovido desde el área de pruebas del kernel de Linux. ^{[ 43 ]} Nouveau admite GPU basadas en Tesla (y anteriores), Fermi , Kepler y Maxwell . ^{[ 44 ]} El 31 de enero de 2014, el empleado de Nvidia Alexandre Courbot envió un extenso conjunto de parches que agrega soporte inicial para el GK20A ( Tegra K1 ) a Nouveau. ^{[ 45 ]} En junio de 2014, Codethink supuestamente ejecutó un compositor Weston basado en Wayland con el kernel de Linux 3.15, usando EGL y una "pila de controladores gráficos 100% de código abierto" en un Tegra K1 . ^{[ 46 ]} Hay una matriz de características disponible. ^{[ 47 ]} En julio de 2014, Nouveau no pudo superar al controlador GeForce de Nvidia debido a la falta de soporte para el cambio de frecuencia. Tegra-re es un proyecto que trabaja en la ingeniería inversa de la serie de GPU Tegra de nVidia basadas en VLIW que son anteriores a Tegra K1. ^{[ 48 ]}

Nvidia distribuye controladores de dispositivos propietarios para Tegra a través de fabricantes de equipos originales (OEM) y como parte de su kit de desarrollo Linux for Tegra (anteriormente L4T). ^{[ 49 ]} Nvidia y un socio, Avionic Design , estaban trabajando en la presentación de Grate (controladores libres y de código abierto para Tegra) al núcleo principal de Linux en abril de 2012. ^{[ 50 ] [ 51 ]} El cofundador y director ejecutivo de la compañía presentó la hoja de ruta del procesador Tegra con Ubuntu Unity en la Conferencia de Tecnología de GPU de 2013. ^{[ 52 ]}

El controlador de memoria unificada de Nvidia (nvidia-uvm.ko), que implementa la gestión de memoria para las GPU Pascal y Volta en Linux, tiene licencia MIT. El código fuente está disponible en las descargas de controladores de Nvidia para Linux en sistemas compatibles con nvidia-uvm.ko.

En mayo de 2022, Nvidia anunció una nueva iniciativa y política para liberar el código fuente de sus módulos de kernel cargables de GPU con licencia dual GPL - MIT , pero solo nuevos modelos en calidad alfa . Sin embargo, declaró: "Estos cambios son para los módulos del kernel, mientras que los componentes del modo de usuario no se modifican. El modo de usuario sigue siendo de código cerrado y se publica con binarios precompilados en el controlador y el kit de herramientas CUDA". ^{[ 53 ]} El controlador de código abierto se ha actualizado desde entonces al estado de producción y ahora se recomienda oficialmente para las GPU de la serie RTX 20 y posteriores. ^{[ 54 ] [ 55 ]} Las arquitecturas de GPU NVIDIA Blackwell ( generación RTX 50 ) y posteriores solo son compatibles con el controlador abierto. ^{[ 56 ]}

Intel tiene un historial de producir (o encargar) controladores de código abierto para sus chips gráficos, con la excepción de sus chips basados ​​en PowerVR . ^{[ 57 ]} Su controlador 2D X.Org se llama xf86-video-intel. El controlador de configuración de modo del kernel en el kernel de Linux no utiliza la BIOS de vídeo para cambiar los modos de vídeo ; dado que algunas BIOS tienen un rango limitado de modos, esto proporciona un acceso más fiable a los compatibles con los adaptadores de vídeo de Intel.

La empresa trabajó en la optimización de sus controladores gratuitos para Linux para lograr un rendimiento similar al de sus homólogos de Windows , especialmente en Sandy Bridge y hardware más reciente, donde las optimizaciones de rendimiento permitieron que el controlador de Intel superara a sus controladores propietarios de Windows en ciertas tareas, en 2011. ^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]} Algunas de las mejoras de rendimiento también pueden beneficiar a los usuarios de hardware más antiguo. ^{[ 61 ]}

Se añadió soporte para Intel LLC (Last Level Cache, L4-Cache, Crystalwell e Iris Pro) en el kernel de Linux 3.12. ^{[ 62 ] [ 63 ]} En 2013, la empresa tenía entre 20 y 30 desarrolladores de gráficos Linux a tiempo completo. ^{[ 64 ]}

Matrox desarrolla y fabrica los chipsets Matrox Mystique , Parhelia , G200 , G400 y G550 . Si bien la compañía ofrece controladores gratuitos y de código abierto para sus chipsets anteriores al G550, los chipsets posteriores al G550 son compatibles con un controlador de código cerrado.

S3 Graphics desarrolla S3 Trio , ViRGE , Savage y Chrome , con soporte de OpenChrome. ^{[ 65 ]}

Arm Ltd es una empresa de semiconductores sin fábrica que licencia núcleos de propiedad intelectual de semiconductores . Aunque son conocidos por licenciar el conjunto de instrucciones ARM y las CPU basadas en él, también desarrollan y licencian la serie de GPU Mali, y más recientemente las GPU Imortalis que admiten trazado de rayos. El 21 de enero de 2012, Phoronix informó que Luc Verhaegen estaba liderando un intento de ingeniería inversa dirigido a la serie de GPU Arm Mali (específicamente, las versiones Mali-200 y Mali-400). El proyecto de ingeniería inversa, conocido como Lima, fue presentado en FOSDEM el 4 de febrero de 2012. ^{[ 66 ] [ 67 ]} El 2 de febrero de 2013, Verhaegen demostró Quake III Arena en modo timedemo, ejecutándose sobre el controlador Lima. ^{[ 68 ]} En mayo de 2018, un desarrollador de Lima publicó el controlador para su inclusión en el kernel de Linux. ^{[ 69 ]} A partir de mayo de 2019, el controlador Lima forma parte del núcleo principal de Linux. ^{[ 70 ]}

Panfrost es una pila de controladores de código abierto para GPU Mali (e Immortalis), que cubre Txxx (Midgard) y generaciones más recientes. Se presentó una charla introductoria sobre Panfrost en la Conferencia de Desarrolladores de X.Org 2018. ^{[ 71 ]} A partir de mayo de 2019, el controlador del kernel Panfrost forma parte del kernel principal de Linux. ^{[ 72 ]} El lado del espacio de usuario consta del controlador Panfrost de Mesa que proporciona OpenGL ES y OpenGL ; así como el controlador de espacio de usuario PanVK que proporciona Vulkan . ^{[ 73 ]}

Collabora desarrolló el controlador de kernel Panthor para las GPU Valhall de tercera generación y posteriores. ^{[ 74 ]} Los controladores de espacio de usuario Panfrost y PanVK en Mesa utilizan el controlador de kernel Panthor en estas GPU. Posteriormente, Collabora anunció el controlador de kernel Tyr, un esfuerzo conjunto entre Collabora, Arm y Google , escrito en Rust y diseñado para eventualmente reemplazar al controlador de kernel Panthor. ^{[ 75 ]}

Imagination Technologies es una empresa de semiconductores sin fábrica propia que desarrolla y licencia núcleos de propiedad intelectual de semiconductores , entre los que se encuentran las GPU PowerVR . Intel ha fabricado varias GPU basadas en PowerVR . Las GPU PowerVR se utilizan ampliamente en dispositivos móviles de sistema en un chip (SoC). Debido a su amplio uso en dispositivos integrados, la Free Software Foundation ha incluido la ingeniería inversa del controlador PowerVR en su lista de proyectos de alta prioridad. ^{[ 76 ]} A marzo de 2022, Imagination ha proporcionado un controlador FOSS para su PowerVR GX6250 de 2014, basado en la arquitectura Rogue , y para sus GPU AXE-1-16M y BXS-4-64 , más recientes, basadas en la arquitectura de la serie A. ^{[ 77 ]}

Vivante Corporation es una empresa de semiconductores sin fábrica propia que licencia núcleos de propiedad intelectual de semiconductores y desarrolla la serie de GPU GCxxxx. Un controlador Linux propietario y de código cerrado de Vivante consta de partes para el espacio del kernel y para el espacio de usuario. Si bien el componente del kernel es de código abierto ( GPL ), los componentes del espacio de usuario —que consisten en las implementaciones de GLES(2) y una biblioteca HAL— no lo son; estos contienen la mayor parte de la lógica del controlador.

Wladimir J. van der Laan descubrió y documentó los bits de estado, el flujo de comandos y el ISA del sombreador estudiando cómo funcionan los blobs, examinando y manipulando volcados del flujo de comandos. El controlador Etnaviv Gallium3D se está escribiendo basándose en esta documentación. El trabajo de Van der Laan se inspiró en el controlador Lima, y ​​el proyecto ha producido un controlador LLVM Gallium3D funcional pero no optimizado. El controlador Etnaviv ha tenido un mejor rendimiento que el código propietario de Vivante en algunas pruebas de rendimiento, y es compatible con las series GC400, GC800, GC1000, GC2000, GC3000 y GC7000 de Vivante. ^{[ 78 ]} En enero de 2017, Etnaviv se añadió a Mesa con soporte para OpenGL ES 2.0 y Desktop OpenGL 2.1. ^{[ 79 ]}

Qualcomm desarrolla la serie de GPU móviles Adreno (anteriormente ATI Imageon ) y la incluye como parte de su serie de SoC móviles Snapdragon . Phoronix y Slashdot informaron en 2012 que Rob Clark, inspirado por el controlador Lima, estaba trabajando en la ingeniería inversa de controladores para la serie de GPU Adreno. ^{[ 80 ] [ 81 ]} En una publicación de blog referenciada, Clark escribió que estaba haciendo el proyecto en su tiempo libre y que la plataforma Qualcomm era su único objetivo viable para trabajar en gráficos 3D abiertos. Sus empleadores ( Texas Instruments y Linaro ) estaban afiliados con los núcleos Imagination PowerVR y ARM Mali , que habrían sido sus objetivos principales; tenía flujos de comandos funcionales para soporte 2D, y los comandos 3D parecían tener las mismas características. ^{[ 82 ]} El código del controlador se publicó en Gitorious "freedreno", ^{[ 83 ]} y se ha trasladado a Mesa. ^{[ 84 ] [ 85 ]} En 2012, se completó un ensamblador de sombreadores funcional; ^{[ 86 ]} se desarrollaron versiones de demostración para el mapeo de texturas ^{[ 87 ]} y el sombreado phong , ^{[ 88 ]} utilizando el compilador de sombreadores de ingeniería inversa. Clark demostró Freedreno ejecutando composición de escritorio, el reproductor multimedia XBMC y Quake III Arena en FOSDEM el 2 de febrero de 2013. ^{[ 89 ]}

En agosto de 2013, el componente del kernel de freedreno (controlador MSM) fue aceptado en la rama principal y está disponible en el kernel de Linux 3.12 y posteriores. ^{[ 90 ]} El controlador DDX obtuvo soporte para descriptores de archivos administrados por el servidor que requieren X.Org Server versión 1.16 y superior en julio de 2014. ^{[ 91 ]} En enero de 2016, el controlador Mesa Gallium3D-style obtuvo soporte para Adreno 430; ^{[ 92 ]} en noviembre de ese año, el controlador agregó soporte para la serie Adreno 500. ^{[ 93 ]} Freedreno se puede usar en dispositivos como 96Boards Dragonboard 410c y Nexus 7 (2013) en distribuciones tradicionales de Linux (como Debian y Fedora ) y en Android .

Broadcom desarrolla y diseña la serie de GPU VideoCore como parte de sus SoC . Dado que se utiliza en la Raspberry Pi , ha habido un interés considerable en un controlador FOSS para VideoCore. ^{[ 95 ]} La Fundación Raspberry Pi, en cooperación con Broadcom, anunció el 24 de octubre de 2012 que habían liberado el código fuente de "todo el código ARM (CPU) que controla la GPU". Sin embargo, el anuncio fue engañoso; según el autor del controlador Lima de ingeniería inversa, los componentes recién liberados solo permitían el paso de mensajes entre la CPU ARM y VideoCore, pero ofrecían poca información sobre VideoCore y poca programabilidad adicional. ^{[ 96 ]} La GPU VideoCore ejecuta un RTOS que gestiona el procesamiento; la aceleración de vídeo se realiza con el firmware del RTOS codificado para su GPU propietaria, y el firmware no se liberó como código fuente en esa fecha. ^{[ 97 ]} Dado que no existía ni una cadena de herramientas dirigida a la GPU propietaria ni un conjunto de instrucciones documentado , no se podía obtener ninguna ventaja si el código fuente del firmware estuviera disponible. El proyecto Videocoreiv ^{[ 98 ]} intentó documentar las GPU VideoCore.

El 28 de febrero de 2014 (segundo aniversario de Raspberry Pi), Broadcom y la Fundación Raspberry Pi anunciaron la publicación de la documentación completa para el núcleo gráfico VideoCore IV y una publicación completa del código fuente de la pila gráfica bajo una licencia BSD de 3 cláusulas . ^{[ 99 ] [ 100 ]} El código gráfico 3D de licencia libre se incorporó a Mesa el 29 de agosto de 2014, ^{[ 101 ]} y apareció por primera vez en la versión 10.3 de Mesa.

Aunque Silicon Integrated Systems y VIA Technologies han expresado un interés limitado en los controladores de código abierto, ambas han publicado código fuente que ha sido integrado en X.Org por desarrolladores de FOSS. ^{[ 38 ]} En julio de 2008, VIA abrió la documentación de sus productos para mejorar su imagen en las comunidades de Linux y de código abierto. ^{[ 102 ]} La empresa no ha colaborado con la comunidad de código abierto para proporcionar documentación y un controlador DRM funcional , dejando insatisfechas las expectativas de soporte para Linux. ^{[ 103 ]} El 6 de enero de 2011, se anunció que VIA ya no estaba interesada en apoyar iniciativas de gráficos libres. ^{[ 104 ]}

DisplayLink anunció un proyecto de código abierto, Libdlo, ^{[ 105 ]} con el objetivo de brindar soporte para su tecnología gráfica USB a Linux y otras plataformas. Su código está disponible bajo la licencia LGPL , ^{[ 106 ]} pero no se ha integrado en un controlador X.Org . El soporte gráfico de DisplayLink está disponible a través del controlador udlfb del kernel (con fbdev) en la rama principal y el controlador udl/drm, que en marzo de 2012 solo estaba disponible en el árbol drm-next.

Los proveedores no relacionados con el hardware también pueden ayudar a las iniciativas de gráficos gratuitos. Red Hat tiene dos empleados a tiempo completo (David Airlie y Jérôme Glisse) que trabajan en el software Radeon, ^{[ 107 ]} y el Proyecto Fedora patrocina un evento Fedora Graphics Test Week antes del lanzamiento de sus nuevas versiones de distribución Linux para probar controladores de gráficos gratuitos. ^{[ 108 ]} Otras empresas que han proporcionado desarrollo o soporte incluyen Novell y VMware .