摩爾定律：集成電路上的元件個數(shù)每年翻一番

1965年，Intel的創(chuàng)始人之一戈登摩爾(GordonMoore)指出，自從1958年集成電路問世以來，集成電路上的元件個數(shù)每年翻一番。

五年后，這個發(fā)現(xiàn)被叫做摩爾定律，它以預(yù)測元件數(shù)每18個月翻一番而聞名。在長達(dá)半個世紀(jì)的時間里這個定律在每個工業(yè)領(lǐng)域給電子器件帶來了巨大的性能提升和成本降低。然而，基于傳統(tǒng)儀器的自動化測試系統(tǒng)的發(fā)展并沒有跟上摩爾定律，因此這些系統(tǒng)難以滿足成本和性能要求。

相比之下，摩爾定律適用于軟件定義的模塊化自動測試系統(tǒng)，其尺寸、價格和功耗減少等方面的改進(jìn)可達(dá)10倍以上。然而，如果沒有合適的軟件與硬件組成相配合的測試系統(tǒng)，那么駕馭最先進(jìn)的PC處理器，可編程門陣列(FPGAs)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADCs)，以及存儲架構(gòu)也會使得任務(wù)變得復(fù)雜。NI認(rèn)識到了這個挑戰(zhàn)，不斷改進(jìn)設(shè)計出一個完整的平臺以使用最先進(jìn)的基于PC的技術(shù)，同時保證快速的系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？偟膩碚f，NI相信有四個必要的模塊來幫助工程師們達(dá)到摩爾定律用于測試的目標(biāo)：它們是圖形化系統(tǒng)測試軟件、PXI模塊化設(shè)備，基于FPGA的可重配置IO，以及集成的定時和同步。

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

1.圖形化系統(tǒng)設(shè)計軟件

系統(tǒng)級的復(fù)雜軟件以及硬件的抽象對于應(yīng)用摩爾定律來說至關(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(jī)以及傳統(tǒng)盒形設(shè)備的儀器控制應(yīng)用的系統(tǒng)級抽象。LabVIEW的獨(dú)特能力在于其圖形化的表述方式以及前面板，用戶界面控制，變量和應(yīng)用程序里數(shù)據(jù)流之間的聯(lián)系。這些基本元素今天在LabVIEW2010中依然存在而且超過8000種儀器驅(qū)動在NI設(shè)備驅(qū)動網(wǎng)站上可以下載到(ni.com/idnet)。

如今，在測試系統(tǒng)中加入最新的商業(yè)可用的技術(shù)比儀器控制要復(fù)雜很多。多核編程，基于FPGA的設(shè)備，實時操作系統(tǒng)，點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，模塊化測試，高速流盤的獨(dú)立冗余磁盤陣列的(RAID)存儲方法，這些只是LabVIEW幫助工業(yè)領(lǐng)域簡化流程并優(yōu)化性能的部分例子。與傳統(tǒng)的文本編程語言不同，LabVIEW往往用來為科學(xué)家和工程師服務(wù)以幫助他們在其自動測試系統(tǒng)中應(yīng)用最新的商業(yè)技術(shù)。包括內(nèi)置的硬件連接庫函數(shù)，先進(jìn)的分析和報表工具，以及3D用戶界面開發(fā)，NI在LabVIEW上的不斷投入幫助你以最小的耗費(fèi)來趕上摩爾測試定律的步伐。

圖1.NILabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計軟件提供了諸如多核優(yōu)化，定時循環(huán)結(jié)構(gòu)等特性，以趕上由于摩爾定律所帶來的的COTS產(chǎn)品在性能上的提升

2.PXI模塊化儀器

創(chuàng)建自動化測試系統(tǒng)用以驗證最新型的電子設(shè)備的性能和質(zhì)量需要高性能的測試儀器，數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)存儲解決方案以一種緊湊和可靠的方式結(jié)合起來。NI在1997年引入PXI來滿足這些需求并且跟隨摩爾定律的步伐來衍進(jìn)這些設(shè)備。舉個例子，1998年售出的第一套PXI系統(tǒng)具有233MHZ的奔騰處理器和128MB的RAM。今天的PXI系統(tǒng)具有INTEL的四核第七代處理器和高達(dá)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。一個額外的優(yōu)點(diǎn)是這些系統(tǒng)仍然是后向兼容的。這并不是通過偶然因素，而是通過設(shè)計來實現(xiàn)的。因為并入COTS技術(shù)的PXI系統(tǒng)特性強(qiáng)調(diào)了長期的后向兼容性以及升級能力。現(xiàn)在成功采用開放PXI標(biāo)準(zhǔn)的使得目前已部署多達(dá)100,000PXI測試系統(tǒng);以及由50個不同的供應(yīng)商提供的多達(dá)600,000個安裝的模塊。這個等級的內(nèi)在操作性以及多達(dá)1500個PXI產(chǎn)品使您可以基于這個開放的工業(yè)平臺，將來自摩爾定律的創(chuàng)新結(jié)合起來并成功地用于自動化測試。

圖2.NIPXIe-56306GHz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以上的處理器時鐘頻率而帶來的能量和熱量挑戰(zhàn)，進(jìn)而使得處理器處理能力存在的下滑的可能的同時，F(xiàn)PGA是另一種下一代的用于自動化測試的重要處理器內(nèi)核。事實上對自動化測試系統(tǒng)而言，F(xiàn)PGA相比PC處理器可以達(dá)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，其在提供給科學(xué)家和工程師用戶可配置的FPGA的能力方面一直是個領(lǐng)導(dǎo)者。NI提供了多種FPGA架構(gòu)和形式特點(diǎn)：R系列和CompactRIO硬件以及具有用戶可定義的前端適配模塊架構(gòu)的NIFlexRIO儀器平臺，?？梢灶A(yù)見，NI已經(jīng)演示了下一代LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計工具，其通過在圖形化系統(tǒng)上簡單地拖拽代碼可以快速地把LabVIEW代碼應(yīng)用在多種硬件目標(biāo)上。如此簡單和方便的解決方法可以幫助您在測試系統(tǒng)上趕上摩爾定律。

圖3.NIFlexRIO體現(xiàn)了軟件定義和模塊化設(shè)備的特點(diǎn)，并通過提供一個開放的，可使用LabVIEW編程的板載FPGA的，以及標(biāo)準(zhǔn)的、用戶可自定義的前端適配器模塊，達(dá)到最高的性能和靈活性

4.集成的定時和同步設(shè)備

在自動化測試系統(tǒng)中可以讓摩爾定律發(fā)揮最大優(yōu)勢必要技術(shù)是集成的定時和同步。軟硬件結(jié)合的自動化測試設(shè)備需要精確地設(shè)備握手，協(xié)議同步和實時操作的系統(tǒng)以簡單并且準(zhǔn)確地表述軟硬件定時。

在自動化測試系統(tǒng)中可以讓摩爾定律發(fā)揮最大優(yōu)勢必要技術(shù)是集成的定時和同步。軟硬件結(jié)合的自動化測試設(shè)備需要精確地設(shè)備握手，協(xié)議同步和實時操作的系統(tǒng)以簡單并且準(zhǔn)確地表述軟硬件定時。

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

2010年以后的摩爾定律

英特爾的專家律計算出計算機(jī)的性能根據(jù)摩爾定律在2010以后的10年還會提升，部分專家預(yù)見納米線架構(gòu)和量子計算甚至?xí)饶柖筛斓丶铀儆嬎闼俣?。NI已經(jīng)準(zhǔn)備好，并通過提供最完全的軟件定義的設(shè)備系統(tǒng)來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滿足你所有的測試需要。