PXI平臺(tái)的最新創(chuàng)新：工業(yè)首款全混合PXI機(jī)箱，基于PCI Express Gen 3技術(shù)和匹配系統(tǒng)帶寬，其工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PXI Express嵌入式控制器搭載了Intel Xeon八核處理器。全新的機(jī)箱和控制器相結(jié)合，提供了兩倍于先前最高性能PXI平臺(tái)的處理能力和系統(tǒng)帶寬。由于模塊化可滿足不斷變化的需求，因此這一控制器和機(jī)箱組合使得PXI成為任何測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)的完美方案，使用戶在決策時(shí)無需作出任何妥協(xié)。

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圖1. NI PXIe-1085 24 GB/s機(jī)箱與基于Intel Xeon處理器的NI PXIe-8880嵌入式控制器以及各種模塊化儀器

1. 基于Intel Xeon處理器的NI PXIe-8880嵌入式控制器

NI與英特爾攜手合作，將Intel Xeon處理器的服務(wù)器級(jí)處理能力引入測(cè)試測(cè)量市場(chǎng)。NI PXIe-8880嵌入式控制器擁有八個(gè)內(nèi)核、高達(dá)24GB的DDR4內(nèi)存以及24條PCI Express Gen 3與背板的連接通道。這為工程師和科學(xué)家提供了比前一代控制器高出一倍的處理能力和帶寬。

控制器技術(shù)一覽

·Intel Xeon E5-2618L v3處理器

·2.3 GHz(基帶)和3.4 GHz(睿頻加速)

·8個(gè)物理和16個(gè)邏輯CPU內(nèi)核

·8 GB DDR4 1866 MHz RAM(標(biāo)準(zhǔn));24 GB最大

·高達(dá)24 GB/s系統(tǒng)帶寬(每方向)

·240 GB 1.8英寸SSD硬盤

·2個(gè)USB 3.0，4個(gè)USB 2.0，1個(gè)DisplayPort v1.2

·2個(gè)千兆以太網(wǎng)、GPIB、SMB觸發(fā)器

·Windows 7 64位或LabVIEW Real-Time操作系統(tǒng)

圖2. (左)NI PXIe-8880嵌入式控制器拆解圖，其中可以看到Intel Xeon處理器和2-8 GB RAM升級(jí)條;(右)連接外設(shè)的NI PXIe-8880嵌入式控制器的前視圖。

性能基準(zhǔn)測(cè)試

為了了解全新NI PXIe-8880控制器的價(jià)值，我們可以看一下CPU的原始性能。因?yàn)闇y(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)更多是計(jì)算密集型系統(tǒng)，而不是圖形密集型，因此我們采用以處理器為中心的CPU基準(zhǔn)測(cè)試。圖表1顯示了基于八核Intel Xeon E5-2618L v3處理器的全新NI PXIe-8880在CPU Mark基準(zhǔn)性能上比上一代PXIe-8135四核Intel Core i7-3610QE處理器高出76%。

圖表1. NI PXIe-8880的CPU Mark性能比上一代PXIe-8135嵌入式控制器高出76%。

接下來我們來看一下NI PXIe-8880與LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件等測(cè)試測(cè)量軟件結(jié)合使用時(shí)的表現(xiàn)如何。測(cè)試和測(cè)量中通常采用的處理器密集型測(cè)量是快速傅立葉變換(FFT)。從下方的圖表2可以看出，全新的NI PXIe-8880在基準(zhǔn)時(shí)間窗口內(nèi)計(jì)算的FFT次數(shù)比上一代PXIe-8135四核Intel Core i7-3610QE處理器高出91%。需要注意的是LabVIEW本身是一個(gè)多線程應(yīng)用軟件，因而可充分利用PXIe-8880嵌入式控制器中Intel Xeon處理器的八個(gè)內(nèi)核。

圖表2. NI PXIe-8880計(jì)算的LabVIEW FFT次數(shù)比上一代PXIe-8135嵌入式控制器高出91%。

“采用最新的Intel Xeon處理器是我們與NI合作的新里程碑。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代需要最強(qiáng)大的處理能力來縮短產(chǎn)品上市時(shí)間和降低測(cè)試成本，而NI基于PXI的方法正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。”

- Shahram Mehraban

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)開發(fā)總監(jiān)

英特爾公司

2. NI PXIe-1085 24 GB/s機(jī)箱

自1997年P(guān)XI標(biāo)準(zhǔn)誕生以來，NI一直不斷提供廣泛的高性能機(jī)箱組合來滿足各種用戶應(yīng)用的I/O點(diǎn)和性能需求，在推動(dòng)用戶創(chuàng)新的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵的基礎(chǔ)作用。NI最新版本的機(jī)箱是首款基于PCI Express Gen 3技術(shù)的機(jī)箱，為工程師提供兩倍于上一代機(jī)箱的插槽和系統(tǒng)帶寬。

機(jī)箱技術(shù)一覽

·基于PCI Express Gen 3技術(shù)的PXI Express

·16個(gè)混合插槽;1個(gè)PXI Express系統(tǒng)定時(shí)插槽;1個(gè)系統(tǒng)插槽

·高達(dá)24 GB/s系統(tǒng)帶寬(每方向)

·高達(dá)8 GB/s系統(tǒng)帶寬(每方向)

·可移動(dòng)電源梭;925 W總系統(tǒng)功率

·每插槽38.25 W功率和冷卻功能

·可選機(jī)架組件

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圖3. 空NI PXIe-1085 24 GB/s機(jī)箱的前視圖。

PXI Express規(guī)范

隨著過去幾十年來客戶應(yīng)用的復(fù)雜性和對(duì)處理能力和帶寬的需求與日俱增，PXI規(guī)范也在不斷演變以滿足這些需求。最初的PXI基于PCI技術(shù)，提供了132 MB/秒的數(shù)據(jù)帶寬。PCI Express技術(shù)出現(xiàn)后，該規(guī)范也隨之更新以充分利用這一技術(shù)。PCI Express技術(shù)通過稱為“巷道”(lane)的發(fā)射和接收連接對(duì)來串行發(fā)送數(shù)據(jù)，使得PCI Express Gen 1技術(shù)每個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳輸能力達(dá)到250 MB/s。多個(gè)巷道可組合在一起可形成x4、x8和x16鏈路以增加帶寬。

接著演變到PCI Express Gen 2技術(shù)，每條巷道的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)500 MB/s。最新發(fā)布的PXIe-108524 GB/s機(jī)箱是業(yè)界第一款基于PCI Express Gen 3技術(shù)的機(jī)箱，巷道帶寬增加了一倍，每條巷道的速率高達(dá)1 GB/s，24條數(shù)據(jù)巷道(X24)就可實(shí)現(xiàn)控制器和PXI Express背板之間高達(dá)24 GB/s的單向數(shù)據(jù)傳輸速率，如圖表3所示。

需要注意的是，上面所說的系統(tǒng)帶寬僅可解決系統(tǒng)控制器和機(jī)箱之間數(shù)據(jù)傳輸量需求。如果在外設(shè)模塊之間利用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)(P2P)通信，即可顯著提高機(jī)箱可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。例如，三個(gè)外設(shè)模塊以8GB/s的速率傳輸數(shù)據(jù)到系統(tǒng)控制器，七組模塊利用P2P實(shí)現(xiàn)8GB/s的速率，那么從理論上講，單向和雙向的總系統(tǒng)帶寬應(yīng)該分別為80 GB/s和160 GB/s。實(shí)際的系統(tǒng)帶寬取決于許多因素，如內(nèi)存帶寬、PCIe數(shù)據(jù)包大小和開銷以及單向和雙向數(shù)據(jù)流等。

圖表3. 基于24條可用數(shù)據(jù)巷道(x24)的每一代PXI和PXI Express的系統(tǒng)帶寬

全混合插槽

隨著機(jī)箱通信總線集成最新的PC技術(shù)，PXI外設(shè)模塊也從PXI演變到PXIe，以利用PCI Express通信總線能力的優(yōu)勢(shì)。為了確保PXI和PXI Express模塊之間的模塊兼容性，PXI規(guī)范增加了混合插槽。該插槽可用于將混合兼容PXI或PXI Express外設(shè)模塊插入到PXI機(jī)箱中，并在混合兼容PXI模塊中利用以前的投資。與之前的12 Gb/s NI PXIe-1085機(jī)箱相比，24 GB/s 18槽(1個(gè)系統(tǒng)控制器+17個(gè)外設(shè)插槽)機(jī)箱包含了16個(gè)混合插槽。

PXI背板技術(shù)

PXI平臺(tái)相比傳統(tǒng)儀器的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)在于PXI機(jī)箱背板中集成了觸發(fā)、電源、參考時(shí)鐘和數(shù)據(jù)總線，其中數(shù)據(jù)總線通常是外部線纜?；赑CI Express Gen 3技術(shù)的NI PXIe-1085 24 GB/s機(jī)箱的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新是采用了兩個(gè)第三代開關(guān)，如圖4所示。這些開關(guān)負(fù)責(zé)處理模塊之間以及模塊和控制器之間的信息路由。

圖4. NI PXIe-1085 24 GB/s機(jī)箱的后視圖，其中拆去了電源梭以便觀察PCI Express第三代開關(guān)技術(shù)

3. NI PXIe-8830mc協(xié)處理模塊

PXI平臺(tái)的一個(gè)最新進(jìn)展是PXI多值計(jì)算(PXI MultiComputing, PXImc)規(guī)范，它可允許兩個(gè)或更多的智能系統(tǒng)通過PCI Express交換數(shù)據(jù)。之前我們可以通過NI PXIe-8383外設(shè)插槽物理連接到遠(yuǎn)程處理器，如工作站計(jì)算機(jī)。而全新的PXIe-8830mc具有嵌入式協(xié)處理模塊，可直接安裝到任何PXI Express外設(shè)插槽中以快速提升系統(tǒng)的處理能力。例如，在18槽機(jī)箱中，NI PXIe-88808與NI PXIe-8830mc協(xié)處理模塊相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)高達(dá)40個(gè)物理內(nèi)核。

協(xié)處理模塊一覽

·Intel Core i7-4700EQ處理器

·4個(gè)物理和8個(gè)邏輯內(nèi)核

·2個(gè)USB 2.0和1個(gè)千兆以太網(wǎng)LAN端口

·4 GB (1 x 4 GB DIMM)單通道1600 MHz DDR3 RAM

·高達(dá)4GB/s的理論(2.7 GB/s實(shí)際)數(shù)據(jù)傳輸帶寬(單向)

·協(xié)處理模塊和主CPU之間的延遲低達(dá)5 μs(硬件+軟件)

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圖5. PXI系統(tǒng)包含各種高帶寬信號(hào)處理密集型射頻儀器，其中NI PXIe-8830mc協(xié)處理模塊位于插槽6和7，可添加四個(gè)處理內(nèi)核。

“在過去的二十年里，我們見證了自動(dòng)化測(cè)試領(lǐng)域由傳統(tǒng)儀器逐漸向PXI平臺(tái)轉(zhuǎn)移的過程。集成Intel Xeon處理器技術(shù)后，我們預(yù)期PXI將廣泛應(yīng)用于高性能應(yīng)用中。”

- Jessy Cavazos

測(cè)量和儀器行業(yè)經(jīng)理

Frost & Sullivan

4. 主要應(yīng)用領(lǐng)域

除了以下主要應(yīng)用領(lǐng)域之外，全新的機(jī)箱和控制器也適用于任何計(jì)算密集型或高帶寬測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用以及任何不犧牲性能也可滿足未來需求的應(yīng)用。

無線測(cè)試

自1978年AMPS協(xié)議實(shí)施以來，無線通信協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)傳輸所需的帶寬需求日益增長。這意味著驗(yàn)證這些協(xié)議的測(cè)試系統(tǒng)必須能夠采集、分析和顯示來自儀器的大量數(shù)據(jù)。由于測(cè)試系統(tǒng)的平均壽命一般為五到七年，無線測(cè)試工程師開始轉(zhuǎn)向模塊化方法，以降低實(shí)施新協(xié)議后更新軟件和硬件的工具成本。

半導(dǎo)體測(cè)試

雖然NI半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)(STS)等半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)不會(huì)消耗大量數(shù)據(jù)，但是它們需要并行消耗許多數(shù)據(jù)來提高測(cè)試吞吐量或每小時(shí)測(cè)試的零件數(shù)量。多點(diǎn)測(cè)試吞吐量的一個(gè)主要參數(shù)是測(cè)試系統(tǒng)的并行測(cè)試效率(PTE)，這對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)來說通常是固定的。但是對(duì)于NI STS等模塊化方法，添加八核Intel Xeon處理器和NI TestStand等強(qiáng)大的多核測(cè)試執(zhí)行軟件的能力提供了一種提高PTE的經(jīng)濟(jì)方法，進(jìn)而提高半導(dǎo)體測(cè)試工程師的生產(chǎn)力。

5G原型開發(fā)

開發(fā)第五代(5G)蜂窩系統(tǒng)需要密集的信號(hào)處理、緊密的同步、控制功能以及I/O點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)千兆位的數(shù)據(jù)速率。結(jié)合LabVIEW Communications系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件等功能強(qiáng)大的軟件，NI PXIe-8880控制器和NI PXIe-1085 24 GB/s機(jī)箱的多核處理能力和高帶寬為任何原型開發(fā)平臺(tái)提供了理想的起點(diǎn)。

基于NI PXI構(gòu)建可滿足未來需求的測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)

過去二十年的技術(shù)革新遠(yuǎn)超出我們的預(yù)期。1G演變到2G蜂窩通信花了大約18年的時(shí)間，但是LTE取代3G僅用了短短的6年。我們已經(jīng)看到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速率從數(shù)百M(fèi)S/s提高到數(shù)十GS/s。如果繼續(xù)以目前的普及速度發(fā)展下去，物聯(lián)網(wǎng)的影響將大大超出所有人的預(yù)測(cè)，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，萬事萬物都是可以感知、計(jì)算和相互通信的。

但創(chuàng)新有幾層含義。在設(shè)計(jì)環(huán)境中可行到用戶可以真正使用需要多個(gè)測(cè)試和測(cè)量步驟，而且人們對(duì)帶寬和處理能力的需求每年都在增加。雖然我們不希望犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量，但是我們也不希望每次出現(xiàn)新產(chǎn)品時(shí)都需要花費(fèi)寶貴的時(shí)間和金錢來購買或開發(fā)額外的硬件和軟件。預(yù)測(cè)產(chǎn)品創(chuàng)新的未來是不可能的，但選擇具有高靈活性和可擴(kuò)展的架構(gòu)是有可能的。由于模塊化產(chǎn)品可滿足不斷變化的需求，NI PXIe-8880嵌入式控制器、NI PXIe-108524 GB/s機(jī)箱結(jié)合豐富多樣的模塊化儀器，使得NI PXI成為任何測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用的完美解決辦法。