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

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

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圖2. 具有固定CPU的傳統(tǒng)臺式儀器存在成本高昂的性能缺陷。

模塊化測試系統(tǒng)具有三個主要和獨立的組成部分： 控制器、機箱和儀器。 控制器的工作方式類似于工業(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)來替換CPU，同時保留測試系統(tǒng)的其他組件（機箱/背板和儀器）。 對于大多數(shù)情況，模塊化測試系統(tǒng)可以在不更換儀器的同時升級處理性能，從而具有遠超過傳統(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)濟的方式升級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)的進步來提高測試速度，但相比傳統(tǒng)儀器，模塊化系統(tǒng)的升級更為靈活和經(jīng)濟。

處理器市場的變化

2005年，Intel向主流市場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發(fā)人員被迫開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。 正如Geoffrey Moore在《跨越鴻溝》一書中提到的，技術(shù)的普及隨時間呈貝爾曲線，這個過程中包含了五個漸進的參與者狀態(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)則相對較晚。

遺憾的是，，自動化測試工程師屬于晚期從眾者一類，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有動力去重新設(shè)計多核處理器的軟件架構(gòu)。 到目前為止，大多數(shù)的自動化測試工程師們利用英特爾睿頻加速等技術(shù)來提高四核處理器中每個內(nèi)核的速度和減少順序軟件架構(gòu)的測試時間，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始轉(zhuǎn)向多核技術(shù)，比如Intel? Xeon?處理器具有八個邏輯內(nèi)核。 這樣便產(chǎn)生了具有與前一代處理器時鐘速度相當(dāng)?shù)男乱淮幚砥鳎珔s具有更多的計算內(nèi)核來處理數(shù)據(jù)。

可能采用多核處理器的應(yīng)用

某些測試應(yīng)用領(lǐng)域率先采用了多核處理器技術(shù)。 在2015年麥克林報告中，IC Insights研究人員對半導(dǎo)體市場的多個領(lǐng)域進行了研究，包括該市場的經(jīng)濟學(xué)。 他們在報告中指出：“對于部分復(fù)雜的芯片，測試成本可能高達總成本的50%，而且測試時間也在日益增加。” 他們還指出：“并行測試已經(jīng)成為而且將繼續(xù)成為降低成本的主要手段。”

類似的研究也表明，人類每天在處理多個任務(wù)活動時面臨著低效問題，系統(tǒng)在并行執(zhí)行測試時面臨著開銷問題。 在半導(dǎo)體測試中，測試經(jīng)理使用測試系統(tǒng)的并行測試效率(PTE)來衡量其開銷。 如果采用正確的測試軟件架構(gòu)，增加測試系統(tǒng)的可用處理內(nèi)核可有效提高特定測試例程的PTE。 盡管測試經(jīng)理在投資自動化測試系統(tǒng)時必須考慮多個因素，比如車間面積、每小時最佳零件處理量以及資本費用，但是提升系統(tǒng)的并行處理性能通常可提高PTE，進而對商業(yè)結(jié)果產(chǎn)生積極影響。

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圖4.多站點半導(dǎo)體測試系統(tǒng)中并行測試效率、每小時零件處理量以及站點數(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試的行業(yè)。 現(xiàn)在基本上找不到一次性測試設(shè)備數(shù)量低于四臺的無線測試系統(tǒng)。 多核處理器也將影響任何需要測試設(shè)備的無線連接或蜂窩通信協(xié)議的行業(yè)。 目前正在研究5G和開發(fā)5G原型已經(jīng)不是什么秘密，這一技術(shù)將遠遠超過目前射頻儀器的帶寬性能。 除了針對某個協(xié)議，在處理高帶寬信號分析儀發(fā)回的所有數(shù)據(jù)之外，無線測試系統(tǒng)還必須并行測試多個協(xié)議。 例如，智能電話制造商除了要測試不久后即將發(fā)布的5G協(xié)議，也需要測試先前的大部分蜂窩技術(shù)，比如藍牙、802.11以及任何其他連接協(xié)議。 而且一般來說，每個新通信協(xié)議的測試算法比之前的協(xié)議更消耗處理器。 正如多核處理器有助于提高半導(dǎo)體測試系統(tǒng)的PTE，提高處理內(nèi)核與協(xié)議和待測設(shè)備之間的比例也可進一步減少測試時間。

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圖5. 無線通信協(xié)議的信號處理復(fù)雜性日益增加

應(yīng)用軟件

在測試測量中，軟件已經(jīng)從一個小角色演變主角。 基于上述CPU市場的變化，測試工程師在試圖實現(xiàn)并行測試軟件架構(gòu)中面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)。 如果使用C或C++等通用編程語言，正確實現(xiàn)并行測試技術(shù)往往需要員工們數(shù)以月計的開發(fā)時間。 現(xiàn)在產(chǎn)品上市時間已經(jīng)成為最重要的指標，測試管理人員和工程師必須盡可能提高開發(fā)人員的生產(chǎn)力。 采用應(yīng)用專用測試代碼開發(fā)軟件（例如NI LabVIEW）和測試管理軟件（例如NI TestStand）可幫助商用軟件公司的測試部門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， 使得測試工程師能夠?qū)⒕Ψ旁趯υO(shè)備測試最為重要的代碼上。

為未來做好準備

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