摩爾定律用于測試領(lǐng)域

　　1965年，Intel的創(chuàng )始人之一戈登•摩爾(Gordon Moore)指出，自從1958年集成電路問(wèn)世以來(lái)，集成電路上的元件個(gè)數每年翻一番。

　　五年后，這個(gè)發(fā)現被叫做摩爾定律，它以預測元件數每18個(gè)月翻一番而聞名。在長(cháng)達半個(gè)世紀的時(shí)間里這個(gè)定律在每個(gè)工業(yè)領(lǐng)域給電子器件帶來(lái)了巨大的性能提升和成本降低。然而，基于傳統儀器的自動(dòng)化測試系統的發(fā)展并沒(méi)有跟上摩爾定律，因此這些系統難以滿(mǎn)足成本和性能要求。

　　相比之下，摩爾定律適用于軟件定義的模塊化自動(dòng)測試系統，其尺寸、價(jià)格和功耗減少等方面的改進(jìn)可達10倍以上。然而，如果沒(méi)有合適的軟件與硬件組成相配合的測試系統，那么駕馭最先進(jìn)的PC處理器，可編程門(mén)陣列(FPGAs)、模擬數字轉換器(ADCs)，以及存儲架構也會(huì )使得任務(wù)變得復雜。NI認識到了這個(gè)挑戰，不斷改進(jìn)設計出一個(gè)完整的平臺以使用最先進(jìn)的基于PC的技術(shù)，同時(shí)保證快速的系統開(kāi)發(fā)和系統的穩定性?？偟膩?lái)說(shuō)，NI相信有四個(gè)必要的模塊來(lái)幫助工程師們達到摩爾定律用于測試的目標：它們是圖形化系統測試軟件、PXI模塊化設備，基于FPGA的可重配置IO，以及集成的定時(shí)和同步。

　　表格1. 自1997年引入PXI以來(lái)，摩爾定律給基于PXI的模塊化設備造成了重大的影響

　　1. 圖形化系統設計軟件

　　系統級的復雜軟件以及硬件的抽象對于應用摩爾定律來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。NI在1986年發(fā)布了LabVIEW軟件用以提供關(guān)于使用PC機以及傳統盒形設備的儀器控制應用的系統級抽象。LabVIEW的獨特能力在于其圖形化的表述方式以及前面板，用戶(hù)界面控制，變量和應用程序里數據流之間的聯(lián)系。這些基本元素今天在LabVIEW 2010中依然存在而且超過(guò)8000種儀器驅動(dòng)在NI設備驅動(dòng)網(wǎng)站上可以下載到(ni.com/idnet)。

　　如今，在測試系統中加入最新的商業(yè)可用的技術(shù)比儀器控制要復雜很多。多核編程，基于FPGA的設備，實(shí)時(shí)操作系統，點(diǎn)對點(diǎn)數據傳輸，模塊化測試，高速流盤(pán)的獨立冗余磁盤(pán)陣列的(RAID)存儲方法，這些只是LabVIEW幫助工業(yè)領(lǐng)域簡(jiǎn)化流程并優(yōu)化性能的部分例子。與傳統的文本編程語(yǔ)言不同，LabVIEW往往用來(lái)為科學(xué)家和工程師服務(wù)以幫助他們在其自動(dòng)測試系統中應用最新的商業(yè)技術(shù)。包括內置的硬件連接庫函數，先進(jìn)的分析和報表工具，以及3D用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)，NI在LabVIEW上的不斷投入幫助你以最小的耗費來(lái)趕上摩爾測試定律的步伐。

　　圖1. NI LabVIEW圖形化系統設計軟件提供了諸如多核優(yōu)化，定時(shí)循環(huán)結構等特性，以趕上由于摩爾定律所帶來(lái)的的COTS 產(chǎn)品在性能上的提升

　　2. PXI模塊化儀器

　　創(chuàng )建自動(dòng)化測試系統用以驗證最新型的電子設備的性能和質(zhì)量需要高性能的測試儀器，數據總線(xiàn)，數據存儲解決方案以一種緊湊和可靠的方式結合起來(lái)。NI在1997年引入PXI來(lái)滿(mǎn)足這些需求并且跟隨摩爾定律的步伐來(lái)衍進(jìn)這些設備。舉個(gè)例子，1998年售出的第一套PXI系統具有233MHZ的奔騰處理器和128MB的RAM。今天的PXI系統具有INTEL的四核第七代處理器和高達8GB的RAM。這表示了在相同的框架因素下至少134倍的GFLOPS處理性能提升。一個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)是這些系統仍然是后向兼容的。這并不是通過(guò)偶然因素，而是通過(guò)設計來(lái)實(shí)現的。因為并入COTS技術(shù)的PXI系統特性強調了長(cháng)期的后向兼容性以及升級能力?，F在成功采用開(kāi)放PXI標準的使得目前已部署多達100,000PXI測試系統;以及由50個(gè)不同的供應商提供的多達600,000個(gè)安裝的模塊。這個(gè)等級的內在操作性以及多達1500個(gè)PXI產(chǎn)品使您可以基于這個(gè)開(kāi)放的工業(yè)平臺，將來(lái)自摩爾定律的創(chuàng )新結合起來(lái)并成功地用于自動(dòng)化測試。

　　圖2. NI PXIe-5630 6 GHz的矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的性能特點(diǎn)就是摩爾定律在測試領(lǐng)域例子

　　3. 基于FPGA的可重配置I/O

　　在多核處理器已經(jīng)維持摩爾定律去克服由于在3GB以上的處理器時(shí)鐘頻率而帶來(lái)的能量和熱量挑戰，進(jìn)而使得處理器處理能力存在的下滑的可能的同時(shí)，FPGA是另一種下一代的用于自動(dòng)化測試的重要處理器內核。事實(shí)上對自動(dòng)化測試系統而言，FPGA相比PC處理器可以達到更高的頻率和處理性能。自從2003年NI引進(jìn)第一款R系列的產(chǎn)品以來(lái)，其在提供給科學(xué)家和工程師用戶(hù)可配置的FPGA的能力方面一直是個(gè)領(lǐng)導者。NI提供了多種FPGA架構和形式特點(diǎn)：R系列和CompactRIO 硬件以及具有用戶(hù)可定義的前端適配模塊架構的NI FlexRIO儀器平臺，?？梢灶A見(jiàn)，NI已經(jīng)演示了下一代LabVIEW系統設計工具，其通過(guò)在圖形化系統上簡(jiǎn)單地拖拽代碼可以快速地把LabVIEW代碼應用在多種硬件目標上。如此簡(jiǎn)單和方便的解決方法可以幫助您在測試系統上趕上摩爾定律。

　　圖3. NI FlexRIO體現了軟件定義和模塊化設備的特點(diǎn)，并通過(guò)提供一個(gè)開(kāi)放的，可使用LabVIEW編程的板載FPGA的，以及標準的、用戶(hù)可自定義的前端適配器模塊，達到最高的性能和靈活性

　　4. 集成的定時(shí)和同步設備

　　在自動(dòng)化測試系統中可以讓摩爾定律發(fā)揮最大優(yōu)勢必要技術(shù)是集成的定時(shí)和同步。軟硬件結合的自動(dòng)化測試設備需要精確地設備握手，協(xié)議同步和實(shí)時(shí)操作的系統以簡(jiǎn)單并且準確地表述軟硬件定時(shí)。

　　在自動(dòng)化測試系統中可以讓摩爾定律發(fā)揮最大優(yōu)勢必要技術(shù)是集成的定時(shí)和同步。軟硬件結合的自動(dòng)化測試設備需要精確地設備握手，協(xié)議同步和實(shí)時(shí)操作的系統以簡(jiǎn)單并且準確地表述軟硬件定時(shí)。

　　與之類(lèi)似，PXI也為模塊化儀器提供了集成的定時(shí)和同步功能—這可以在LabVIEW中使能。PXI機箱包括了高性能的背板，其包含了PCI和PCI高速總線(xiàn)以及定時(shí)核和觸發(fā)總線(xiàn)，如精確的10MHz以及100MHZ的系統參考時(shí)鐘，PXI觸發(fā)總線(xiàn)，以及用于高級定時(shí)、同步和邊頻帶通信需求的星型觸發(fā)總線(xiàn)。

　　2010年以后的摩爾定律

　　英特爾的專(zhuān)家律計算出計算機的性能根據摩爾定律在2010以后的10年還會(huì )提升，部分專(zhuān)家預見(jiàn)納米線(xiàn)架構和量子計算甚至會(huì )比摩爾定律更快地加速計算速度。NI已經(jīng)準備好，并通過(guò)提供最完全的軟件定義的設備系統來(lái)幫助您確保您的測試策略可以最大程度地利用摩爾定律的益處來(lái)滿(mǎn)足你所有的測試需要

　　– Richard McDonell

　　Richard McDonell是NI自動(dòng)化測試的高級主管，他擁有Texas A&M 大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位.