داستان رزبری پای؛ کامپیوتری ۳۵ دلاری که دنیا را تغییر داد [بخش دوم-آخر]

اگر از علاقمندان به علوم رایانه باشید حتما با کامپیوترهای ۳۵ دلاری رزبری پای آشنایی دارید یا دست کم نام آنها را شنیده اید. در مطلبی که پیشتر در دیجیاتو منتشر کردیم نگاهی داشتیم به داستان تولید این کامپیوترها، علت قیمت پایینشان و فلسفه نامگذاری آنها.

همانطور که در بخش اول داستان رزبری پای خواندید، به لطف چیپی که در دانشگاه کمبریج و به سفارش برادکام ساخته شد، مشکل اصلی تیم رزبری پای یعنی دسترسی به پردازنده ای ارزان قیمت، کم مصرف و قدرتمند برطرف شد.

در واقع آن سیستم روی چیپ که Broadcom BCM2835 نام داشت و از معماری Arm پشتیبانی می کرد به پای امکان می داد که چیزی بیشتر از یک اسباب بازی یا گجت ارزان قیمت باشد.

آپتون در توضیحاتش در اینباره می گوید:

آنچه در ادامه داشتیم یک پردازنده ARM بود و یک هسته گرافیکی حقیقتا کارا که قیمت پایینی هم داشت.

از طرفی سیستم پای به خاطر آنکه قابلیت اجرای سیستم عامل کامل مبتنی بر لینوکس را داشت به همان صفحه پنجره ای دسکتاپی بوت می شد که کاربران از یک کامپیوتر انتظار داشتند.

شما می توانستید یک سیستم عامل کامل را داشته باشید که امکان توسعه رایگان نرم افزارهای محیط لینوکس نیز برایش فراهم بود. در واقع تولید چیپی با قابلیت های مورد نیاز ما توسط برادکام نوعی موفقیت برایمان محسوب می شد.

آپتون و لوماس پلتفرمی ایمن برای پای ساخته بودند که بخش های سیلیکونی متعددی نظیر حافظه و کنترلر شبکه داشت و مهم تر از همه بسیار مقرون به صرفه بود. با این حال اما رقابت تمام نشده بود چراکه عزم آنها برای پایین نگه داشتن قیمت یکی از چالش های اصلی پیش روی شان بود. به گفته آپتون:

قیمت هدف (یعنی رقم ۲۵ تا ۳۵ دلاری) براساس برچسب قیمتی قطعات سیلیکونی مشخص می شود و وقتی به باقی قطعات نگاه می کردیم تصورمان این بود که تاثیر چندانی در قیمت تمام شده دستگاه ندارند که البته آن تصور اشتباه بود.

درس بزرگی که از آن تجربه گرفتیم این بود که چیزهای کوچک باعث مرگ آدمی می شوند نه اتفاقات بزرگ؛ به بیان دیگر تعداد زیاد قطعات ۱۰ سنتی بودند که هزینه تمام شده دستگاه را زیاد می کردند، نه اقلام چند دلاری.

آپتون و لوماس برای خود مهلتی را مقرر کرده بودند که دستگاه نهایی را بسازند و همین مساله فشار زیادی را به آنها وارد می کرد. در سال ۲۰۱۱ پوشش خبری گسترده ای از پای صورت گرفت که در آنها وعده عرضه دستگاه ظرف یکسال آینده به مخاطبان داده می شد.

آپتون می گوید:

ما که مسیر برایمان مشخص شده بود و خوب میدانستیم که قصد تولید چه چیزی را داریم باید راهی برای تحقق آن پیدا می کردیم.

بنابراین در تابستان و پاییز ۲۰۱۱ من و لوماس همراه یکدیگر جلساتی را برگزار کردیم و هزینه تهیه چنین محصولی را برآورد نمودیم. در واقع تصمیم گرفتیم که چه قابلیتهایی را جذف کنیم و چه قابلیت های ارزان قیمت تری را جایگزین آنها کنیم.

بنیاد رزبری پای چالشی سخت را پشت سر می گذاشت چراکه بنیانگذارانش چند صد هزار دلار را وام گرفته بودند؛ رقمی که با آن می شد تولید ۳ هزار بورد پای را به ۱۰ هزار بورد رساند. با این حال حجم تولید آنها همچنان پایین بود و همین مساله هزینه قطعات را بالا می برد.

در ماه اوت همان سال بنیاد پای طرحی مرجع برای کامپیوتر ۳۵ دلاری خود و البته ۵۰ نسخه آلفا آماده کرد که توسط برادکام تولید می شدند. این بورد بسیار با نمونه اولیه کوچکی که آپتون در ماه می رونمایی کرده بود فرق داشت و قابلیت های زیادی برایش در نظر گرفته شده بود که از آن جمله میتوان به دو پورت USB 2.0، اترنت ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه، کارت ریدر میکرو اس دی و HDMI اشاره کرد ضمن آنکه بورد مذکور روی توزیع Debian لینوکس بوت می شد. بورد پای حتی میتوانست بخشی از بازی تیراندازی Quake III را اجرا کند. مشکل اما اینجا بود که محصول یاد شده از نظر هزینه فاصله زیادی تا سطح تعیین شده داشت و اندکی هم بزرگ تر از کارت های اعتباری بود (ابعادی که مدنظر بود).

لوماس ضمن اشاره به این نکته که او و آپتون از اگست تا دسامبر آن سال را صرف بهینه سازی محصولشان کرده بودند گفت:

این سوال در ذهنمان شکل گرفت که چطور یک غول ۱۱۰ دلاری را به یک راهکار عملیاتی ۳۵ دلاری بدل کنیم.

تلاش برای تبدیل نمودن غول ۱۱۰ دلاری به پای

آپتون و لوماس باید جایی برای تک تک قطعات در بورد در نظر می گرفتند و آنجا بود که تصمیم گیری برای این دو نفر سخت می شد. یکی از چالش ها این بود که چطور پای را به نمایشگرها متصل کنند. آنها تلاش می کردند که محصولی با کیفیت را بسازند و امکان استفاده از آن با تلویزیون ها و مانیتورها جدید را که به درگاه HDMI مجهز بودند فراهم نمایند. علاوه بر این محصول نهایی باید با مانیتورهای CRT قدیمی نیز سازگار بود که برای این منظور بورد پای به درگاه VGA نیاز داشت. از سوی دیگر برای آنکه امکان استفاده از آن با تلویزیون های قدیمی فراهم شود به کامپوزیت نیاز بود. در نهایت آنطور که لوماس می گوید از آنجا که VGA تعداد زیادی از پین های جانبی روی چیپ را به خود اختصاص می داد (و نهایتا تعداد قابلیت های پشتیبانی شونده در پای را کاهش می داد) تصمیم به حذف آن و در مقابل استفاده از HDMI و کامپوزیت گرفتیم.

لوماس می گوید:

ما با سخت کوشی به این نقطه رسیدیم. ما خیلی چیزها را حذف کردیم و بعد از آنکه حسابی در مورد ورودی ها و خروجی های دستگاه فکر کردیم بخش هایی که نیاز نداشتیم را حذف کردیم . در واقع یک سازمان دهی دوباره اتفاق می افتاد. به من نسبت مرد تبر به دست را داده بودند.

این روند برای هر بخش از دستگاه تکرار شد. در هر قطعه باید توازن خوبی میان هزینه، کیفیت و دسترسی فراهم بود. اینکه قطعه ای یک یا دو مورد از این فاکتورها را داشته باشد کاری ساده بود اما به سختی می شد میان هر سه آنها توازن را ایجاد کرد و به همین خاطر ساعت های طولانی در این باره حرف میزدیم.

در برخی موارد آپتون و لوماس برای کم کردن هزینه ها راه حل های مبتکرانه را پیشنهاد می دادند. برای مثال چیپ صوتی اختصاصی در نسخه اولیه پای را با شش مقاومت و خازن و یک نرم افزار جایگزین کردند که از طریق مدولاسیون پهنای باند صدا تولید می کرد. در دیگر موارد نیز آنها امکانات دستگاه را با امید اصلاح کمبودها در نسخه های بعدی حذف می کردند و مثلا برای پای ۱ یک منبع تغذیه خطی در نظر گرفتند که به باور آپتون بهره وری بسیار کمی داشت اما قرار بود که با طراحی سوئیچینگ رولز رویس در نسخه های بعدی جایگزین شود.

اما کار این دو نفر صرفا حذف کردن هم نبود. برای مثال در یکی از موارد آنها هدر ۲۶ پین چند منظوره ورودی/خروجی دستگاه (GPIO) را با نوع ۴۰ پین جایگزین کردند تا امکان کنترل لامپ ها، سوئیچ ها و تعامل با بوردهای دیگر برای پای فراهم شود. لوماس این تصمیم را گرچه اندکی دیر گرفته شد «بخشی کلیدی در طراحی پای» توصیف می کند که رباتیک با کمک این بورد را در حوزه های مختلفی میسر خواهد کرد. آپتون نیز با تایید این مساله می گوید:

وقتی از متقاضیان امروزی کمبریج در مورد چگونگی درگیر شدنشان در علوم رایانه می پرسید همه شان می گویند رزبری پای و علم رباتیک.

در این مرحله آپتون ۸۰ ساعت در هفته کار میکرد و هر زمان که فرصت داشت از بعدازظهرها گرفته تا آخرهفته ها، سفرهای هوایی، سفرهای ریلی و غیره زمانش را صرف پای می کرد. خودش اینطور به یاد می آورد که زمانی در پرواز Heathrow بوده و از لوماس به صورت تلفنی درخواست میکند که فاکتور خرید مواد را برایش ارسال نماید تا در هواپیما روی آن کار کند. و البته که این مکالمه تلفنی بسیاری از مسافران هواپیما را ناراحت کرده بود.

در طول این دوران آپتون و لوماس نه کارمندی داشتند و نه زیرساخت قابل توجهی تا برای تحقق ایده شان از آنها استفاده نمایند و در عوض چند داوطلب از خانه شان با آنها همکاری میکردند.

ما با شش نفر کارمان را شروع کردیم و هیچ دفتر کاری نداشتیم. صرفا دو خط تلفن داشتیم و باقی چیزها را از طریق ایمیل و گوگل خریداری میکردیم. با این حال اما تعهدی وصف ناشدنی برای محقق کردن ایده مان داشتیم.

در دسامبر همان سال طراحی پای به نقطه ای که باید رسید و در هفته منتهی به کریسمس لوماس ۲۰ نسخه بتا از این بوردها را در کارخانه Norcott Technologies ساخت.

لوماس به خاطر می آورد که در آن بعد از ظهر تنها سه روز پیش از کریسمس اولین بورد پای را که تازه از خط تولید بیرون آمده بود روشن کرد و وحشت کرد.

لحظه ای وجود داشت که قلب هایمان از حرکت ایستاد و نخستین بورد پای را روشن کردیم و هیچ اتفاقی نیافتاد. به نظر می آمد که در جایی دچار اشتباه شده ایم. دستگاه را به دقت بررسی کردیم اما هیچکس متوجه ایراد آن نشد. در نهایت مشکل پیدا شد: ریل ولتاژی که به موقعیت خود وصل نشده بود و با اندکی لحیم کاری مشکل حل می شد.

بعد از ظهر همان روز که آپتون به کارخانه آمد لوماس همچنان مشغول حل کردن مشکل آخرین بورد بتا بود. آپتون و همسرش لیز (مدیر واحد ارتباطات بنیاد رزبری پای) از تعطیلات خود در کورنول که اولین تعطیلاتشان بعد از شش ماه کار سخت هم بود به انگلستان برگشته بودند.

آپتون به خاطر می آورد:

من یکی از بوردها را وصل کردم و تجربه ای عجیب را پشت سر گذاشتم. زیرا می دانستم این دستگاهی است که میتوانم با ۲۵ دلار بسازم و از هر گجت دیگری که در دوران کودکی ام داشتم هم قوی تر بود و حتی نسبت به آمیگا وانی که عاشقش بودم قدرتمندتر عمل میکرد.

آن بورد بتا تقریبا همان چیزی بود که به نسخه اول رزبری پای یعنی Pi 1 Model B بدل شد و در تاریخ ۲۹ فوریه ۲۰۱۲ عرضه شد. آپتون و لوماس برای نسخه ۳۵ دلاری آن امکاناتی نظیر دو پورت USB 2.0 ، اترنت ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه، HDMI 1.3 و هدر ۲۶ پینGPIO در نظر گرفتند. یک پردازنده ۷۰۰ مگاهرتزی تک هسته ای و همچنین پردازنده گرافیکی VideoCore IV هم با قابلیت بازپخش ویدیوهای 1080p برای آن درنظر گرفته شد. بنیانگذاران بنیاد برای آنکه به ماموریت خود پایبند بمانند و به تعهداتشان برای شفاف سازی عمل نمایند هر کدام از این بوردها را با طیف وسیعی از سیستم عامل های مبتنی بر لینوکس و مجموعه ای از ابزارهای آمورشی ارائه می کردند.

در مسیر موفقیت

اما حالا دیگر بنیاد با مشکل تازه ای روبرو بود و در واقع میتوان گفت که قربانی موفقیت خود شده بود. آپتون و همکارانش دیگر فکرهای بزرگی برای پای نداشتند و با فرض اینکه بیشتر از هزار عدد از آنها را نمی فروشند به همان ایده های کوچک خود بسنده می کردند. جالب اینکه تنها دو روز بعد از انتشار اولین ویدیوی تبلیغاتی از رزبری پای در یوتوب آن ویدیو ۶۰۰ هزار مرتبه دیده شد با این حال اما بنیانگذارانش همچنان با احتیاط قدم بر می داشتند و در مورد موفقیت پروژه تردید داشتند.

آنها فکر نمی کردند که بیشتر از هزار عدد از این بوردها را به فروش برسانند

آپتون در توضیح اینکه چرا بنیاد در مرحله نخست پیش بینی فروش تنها هزار دستگاه را داشت اینطور می گوید:

با وجود تمام علاقه ای که به پروژه داشتیم باز هم تصورمان این بود که در عمل شمار افرادی که حاضرند بابت آن محصول پول بدهند اندک خواهد بود.

با این حال اما تقاضا برای رزبری پای بسیار زیاد بود و حتی میتوان گفت که تامین آن خارج از توان بنیاد بود چراکه در ۲۹ فوریه آن سال یعنی مصادف با عرضه دستگاه به بازار صدهزار سفارش برای آن ثبت گردید.

مدل کاری بنیاد به این شکل بود که ابتدا ده هزار عدد بورد را تولید کند و از محل فروش آنها بودجه لازم برای سری دوم را تامین نماید اما با در نظر داشتن تقاضای زیاد برای رزبری پای این شیوه به نظر غیرعملیاتی می آمد.

ملاحظاتی که در زنجیره تامین وجود داشت حتی مساله را از این هم پیچیده تر می کرد و در کنار این مساله هزینه های تولید سر به فلک می کشید و همه اینها تیم سازنده را بر آن داشت تا تولید بورد خود را به چین منتقل نمایند. آپتون و همکارانش به این نتیجه رسیدند که بنیاد نیازمند تغییر در رویکرد خود است.

ما متوجه شدیم که تقاضا برای محصولمان بالاست و آن تقاضا بیشتر از چیزی بود که بتوانیم با تکیه بر سرمایه مان تولید کنیم. بنابراین تصمیم گرفتیم به سراغ الگوی اعطای لیسانس برویم و برای این منظور با دو شرکت RS Components و Premier Farnell وارد مذاکره شدیم.

براساس این توافق دو شرکت مذکور باید بر فرایند تولید و توزیع بوردهای پای نظارت می کردند و تولید محصول را به شرکای شخص ثالث خود (در ابتدای امر شرکتی در چین) واگذار می کردند اما از اواخر ۲۰۱۲ تولید به یکی از کارخانجات سونی در ساوت ولز انگلستان بسپارند.

آپتون با یادآوری گذشته این تصمیم را برای موفقیت بنیاد پای کلیدی توصیف می کند چراکه امکانی را فراهم کرد که پای در حجم انبوه به تولید برسد و وارد شبکه های توزیع جهانی شرکت های شناخته شده شود.

با شروع ماه مارس، دریافت سفارش صد هزار عددی، بازتاب رسانه ای در فضای آنلاین و توانایی تولید انبوه این بوردها باعث شد که آپتون به پتانسل های بالای پای پی ببرد.

آپتون زمانی که نخستین رزبری پای را از جعبه اش خارج کرد را خوب به یاد دارد:

وقتی یکی از آنها را از جعبه خارج کردم آن را به اتاق نشیمن جک لانگ (موسس بنیاد) بردم و به تلویزیون خانه وصل کردم و دستگاه کار میکرد. ما دستمان را به داخل کارتنی از بوردهای پای بردیم و به صورت تصادفی یکی را از وسط جعبه خارج کردیم تا مبادا در خط مونتاژ بوردهای سالم را روی کارتن گذاشته باشند. بورد را به مانیتور متصل کردیم و بلافاصله بوت شد. آن وقت بود که با خود گفتیم «محصول موفقی می شود» و به این باور رسیدیم که احتمالا نیم میلیون عدد از آن را به فروش خواهیم رساند.

اشتیاق و علاقه مردم به رزبری پای از سال ۲۰۱۲ تاکنون فروکش نکرده و بالغ بر ۲۲ میلیون عدد از سه نسل مختلف این بورد تاکنون در سرتاسر دنیا به فروش رفته. آخرین نسخه از پای Pi 3 Model A+ نام دارد؛ بوردی ۲۵ دلاری که نسبت به دستگاه های سال ۲۰۱۲ یک به روز رسانی قابل توجه به حساب می آید. همزمان موفقیت رزبری پای پایه های یک برنامه آموزشی گسترده را بنا نهاد. در سال ۲۰۱۷ هر هفته بالغ بر ۱۵۰ هزار کودک به لطف این بورد کدنویسی یاد گرفتند و بیش از ۸.۵ میلیون نفر نیز در دوره های آنلاین بنیاد آموزش دیدند.

رزبری پای که زمانی شش نفر آن را به دنیا معرفی می کردند حالا به یک سازمان بین المللی بدل شده و دفاتری در انگلستان و آمریکا دارد و حتی یک شرکت زیرشاخه به نام Raspberry Pi Trading دارد که فعالیت های مهندسی و تجاری آن را مدیریت می کند. جالب است بدانید یکی از بچه هایی که با با رزبری پای کد نویسی یاد گرفت حالا در تیم مهندسی سخت افزار این سازمان مشغول به کار شده است.

از نظر آپتون دلیل موفقیت پای نتنها فروش چند میلیون عددی آن که در تواناییش برای ایجاد همان هیجان کدنویسی سال های قدیم در نسل جدید نهفته است.

سال ها از آن زمان گذشته و بچه هایی که با رزبری پای کدنویسی یاد گرفته اند راهی دانشگاه شده اند و جمعیت متقاضیان رشته علوم رایانه دانشگاه کمبریج بار دیگر زیاد شده.

ما حالا ۱۱۰۰ نفر هستیم و هر کداممان نقش مهمی را ایفا می کند.

آپتون تاکید می کند که پای حاصل تلاش یک نفر نیست و از همان روزهای نخست محصول جمعی از کارشناسان حوزه سخت افزار، نرم افزار، تبلیغات، طراح کیس و بسیاری دیگر بوده.

محصول بعدی، رزبری پای ۴ نام دارد که البته آپتون انتظار دارد کاملا با نسخه های قبلی فرق داشته باشد چراکه به یک سیستم روی چیپ تازه نیاز دارد تا هم سرعت بیشتری را به نمایش بگذارد و هم بهره وری اش زیادتر باشد. طبق اعلام آپتون این بورد در سال های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۰ به بازار عرضه می شود.

 

• بخش اول داستان رزبری پای؛ کامپیوتری ۳۵ دلاری که دنیا را تغییر داد