人們普遍存在的一個(gè)誤解是測(cè)試數(shù)據(jù)不是合格就是無(wú)效，但事實(shí)并非如此。 盡管功能固定的傳統(tǒng)儀器僅將結(jié)果發(fā)送回測(cè)試系統(tǒng)的主機(jī)PC，但是儀器內(nèi)部其實(shí)進(jìn)行了大量看不見(jiàn)的信號(hào)處理。 儀器的處理器決定了測(cè)量速度。 這一點(diǎn)尤其適用于需要信號(hào)處理密集型測(cè)量的應(yīng)用，如射頻、聲音和振動(dòng)以及基于波形的示波器。

圖1

例如，即使是市場(chǎng)上最快速的FFT頻譜分析儀，實(shí)際花在信號(hào)采集的測(cè)量時(shí)間只有20％；剩下的超過(guò)80％的時(shí)間花在根據(jù)給定的算法處理信號(hào)。 如果按照這樣算，5年前發(fā)布的工具花在信號(hào)處理的時(shí)間就更多了。 信號(hào)處理最高可占用95％的測(cè)量時(shí)間。 由于每年都投資全新的儀器產(chǎn)品組合并不現(xiàn)實(shí)，因此公司普遍都在使用過(guò)時(shí)的測(cè)試設(shè)備來(lái)測(cè)試現(xiàn)代的復(fù)雜設(shè)備。 結(jié)果，大多數(shù)測(cè)試部門(mén)面臨著一個(gè)較大的性能缺陷：系統(tǒng)的處理能力無(wú)法滿足其實(shí)際處理需求。

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圖2. 具有固定CPU的傳統(tǒng)臺(tái)式儀器存在成本高昂的性能缺陷。

模塊化測(cè)試系統(tǒng)具有三個(gè)主要和獨(dú)立的組成部分： 控制器、機(jī)箱和儀器。 控制器的工作方式類(lèi)似于工業(yè)PC，并包含系統(tǒng)CPU。 這種方法的主要好處是可以采用最新的處理技術(shù)來(lái)替換CPU，同時(shí)保留測(cè)試系統(tǒng)的其他組件（機(jī)箱/背板和儀器）。 對(duì)于大多數(shù)情況，模塊化測(cè)試系統(tǒng)可以在不更換儀器的同時(shí)升級(jí)處理性能，從而具有遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)儀器的使用壽命。

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圖3. 模塊化系統(tǒng)可允許您以經(jīng)濟(jì)的方式升級(jí)CPU，提高處理性能。

模塊化和傳統(tǒng)儀器均依賴于處理器技術(shù)的進(jìn)步來(lái)提高測(cè)試速度，但相比傳統(tǒng)儀器，模塊化系統(tǒng)的升級(jí)更為靈活和經(jīng)濟(jì)。

處理器市場(chǎng)的變化

2005年，Intel向主流市場(chǎng)推出了第一款多核處理器 - Intel? Pentium? D處理器。 習(xí)慣于利用不斷提升的處理器速度的軟件開(kāi)發(fā)人員被迫開(kāi)始考慮新的并行編程技術(shù)，以繼續(xù)利用摩爾定律的優(yōu)勢(shì)。 正如Geoffrey Moore在《跨越鴻溝》一書(shū)中提到的，技術(shù)的普及隨時(shí)間呈貝爾曲線，這個(gè)過(guò)程中包含了五個(gè)漸進(jìn)的參與者狀態(tài)： 創(chuàng)新者、早期使用者、早期多數(shù)使用者、晚期從眾者、滯后者。 游戲和視頻渲染等特定行業(yè)快速采用并行編程技術(shù)，而其他行業(yè)則相對(duì)較晚。

遺憾的是，，自動(dòng)化測(cè)試工程師屬于晚期從眾者一類(lèi)，當(dāng)采用并行編程技術(shù)。 這可能是由于多種原因，但也許最大的原因是他們沒(méi)有動(dòng)力去重新設(shè)計(jì)多核處理器的軟件架構(gòu)。 到目前為止，大多數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試工程師們利用英特爾睿頻加速等技術(shù)來(lái)提高四核處理器中每個(gè)內(nèi)核的速度和減少順序軟件架構(gòu)的測(cè)試時(shí)間，但這種技術(shù)正處于停滯不前的狀態(tài)。 散熱等許多因素阻礙了處理器速度的提升。 為了降低功耗以及提升性能，Intel和其他處理器制造商開(kāi)始轉(zhuǎn)向多核技術(shù)，比如Intel? Xeon?處理器具有八個(gè)邏輯內(nèi)核。 這樣便產(chǎn)生了具有與前一代處理器時(shí)鐘速度相當(dāng)?shù)男乱淮幚砥鳎珔s具有更多的計(jì)算內(nèi)核來(lái)處理數(shù)據(jù)。

可能采用多核處理器的應(yīng)用

某些測(cè)試應(yīng)用領(lǐng)域率先采用了多核處理器技術(shù)。 在2015年麥克林報(bào)告中，IC Insights研究人員對(duì)半導(dǎo)體市場(chǎng)的多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了研究，包括該市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)。 他們?cè)趫?bào)告中指出：“對(duì)于部分復(fù)雜的芯片，測(cè)試成本可能高達(dá)總成本的50%，而且測(cè)試時(shí)間也在日益增加。” 他們還指出：“并行測(cè)試已經(jīng)成為而且將繼續(xù)成為降低成本的主要手段。”

類(lèi)似的研究也表明，人類(lèi)每天在處理多個(gè)任務(wù)活動(dòng)時(shí)面臨著低效問(wèn)題，系統(tǒng)在并行執(zhí)行測(cè)試時(shí)面臨著開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題。 在半導(dǎo)體測(cè)試中，測(cè)試經(jīng)理使用測(cè)試系統(tǒng)的并行測(cè)試效率(PTE)來(lái)衡量其開(kāi)銷(xiāo)。 如果采用正確的測(cè)試軟件架構(gòu)，增加測(cè)試系統(tǒng)的可用處理內(nèi)核可有效提高特定測(cè)試?yán)痰腜TE。 盡管測(cè)試經(jīng)理在投資自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)時(shí)必須考慮多個(gè)因素，比如車(chē)間面積、每小時(shí)最佳零件處理量以及資本費(fèi)用，但是提升系統(tǒng)的并行處理性能通常可提高PTE，進(jìn)而對(duì)商業(yè)結(jié)果產(chǎn)生積極影響。

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圖4.多站點(diǎn)半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)中并行測(cè)試效率、每小時(shí)零件處理量以及站點(diǎn)數(shù)量之間的關(guān)系

但半導(dǎo)體行業(yè)并不是唯一采用并行測(cè)試的行業(yè)。 現(xiàn)在基本上找不到一次性測(cè)試設(shè)備數(shù)量低于四臺(tái)的無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)。 多核處理器也將影響任何需要測(cè)試設(shè)備的無(wú)線連接或蜂窩通信協(xié)議的行業(yè)。 目前正在研究5G和開(kāi)發(fā)5G原型已經(jīng)不是什么秘密，這一技術(shù)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前射頻儀器的帶寬性能。 除了針對(duì)某個(gè)協(xié)議，在處理高帶寬信號(hào)分析儀發(fā)回的所有數(shù)據(jù)之外，無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)還必須并行測(cè)試多個(gè)協(xié)議。 例如，智能電話制造商除了要測(cè)試不久后即將發(fā)布的5G協(xié)議，也需要測(cè)試先前的大部分蜂窩技術(shù)，比如藍(lán)牙、802.11以及任何其他連接協(xié)議。 而且一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)新通信協(xié)議的測(cè)試算法比之前的協(xié)議更消耗處理器。 正如多核處理器有助于提高半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)的PTE，提高處理內(nèi)核與協(xié)議和待測(cè)設(shè)備之間的比例也可進(jìn)一步減少測(cè)試時(shí)間。

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圖5. 無(wú)線通信協(xié)議的信號(hào)處理復(fù)雜性日益增加

應(yīng)用軟件

在測(cè)試測(cè)量中，軟件已經(jīng)從一個(gè)小角色演變主角。 基于上述CPU市場(chǎng)的變化，測(cè)試工程師在試圖實(shí)現(xiàn)并行測(cè)試軟件架構(gòu)中面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 如果使用C或C++等通用編程語(yǔ)言，正確實(shí)現(xiàn)并行測(cè)試技術(shù)往往需要員工們數(shù)以月計(jì)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。 現(xiàn)在產(chǎn)品上市時(shí)間已經(jīng)成為最重要的指標(biāo)，測(cè)試管理人員和工程師必須盡可能提高開(kāi)發(fā)人員的生產(chǎn)力。 采用應(yīng)用專用測(cè)試代碼開(kāi)發(fā)軟件（例如NI LabVIEW）和測(cè)試管理軟件（例如NI TestStand）可幫助商用軟件公司的測(cè)試部門(mén)將并行處理和線程切換等行政工作移交給軟件研發(fā)人員， 使得測(cè)試工程師能夠?qū)⒕Ψ旁趯?duì)設(shè)備測(cè)試最為重要的代碼上。

為未來(lái)做好準(zhǔn)備

過(guò)去十年設(shè)備的復(fù)雜性以超常的速度增長(zhǎng)，而且絲毫沒(méi)有放緩的跡象。 新一代蜂窩通信預(yù)計(jì)將于2020年實(shí)現(xiàn)。Gartner估計(jì)到2022年全球每個(gè)家庭都將擁有超過(guò)500個(gè)連接設(shè)備，而且到時(shí)傳感器的尺寸很有可能比頭發(fā)的直徑還小。 消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)產(chǎn)品用戶體驗(yàn)的預(yù)期不斷增長(zhǎng)，這迫使制造商竭盡全力設(shè)計(jì)和測(cè)試有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。 測(cè)試工程師必須測(cè)試這些產(chǎn)品，并確保它們的功能安全可靠。 為了經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，他們將需要采取以軟件為中心的模塊化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)并行測(cè)試。 使用多核處理技術(shù)已不再是一種選擇；而是保持經(jīng)濟(jì)可行性的必要手段。 剩下的唯一問(wèn)題就是測(cè)試部門(mén)將如何改變其軟件方法來(lái)利用多核技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。