人們普遍存在的一個誤解是測試數據不是合格就是無效，但事實并非如此。 盡管功能固定的傳統儀器僅將結果發送回測試系統的主機PC，但是儀器內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％的時間花在根據給定的算法處理信號。 如果按照這樣算，5年前發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品組合并不現實，因此公司普遍都在使用過時的測試設備來測試現代的復雜設備。 結果，大多數測試部門面臨著一個較大的性能缺陷：系統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的傳統臺式儀器存在成本高昂的性能缺陷。

模塊化測試系統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PC，并包含系統CPU。 這種方法的主要好處是可以采用最新的處理技術來替換CPU，同時保留測試系統的其他組件（機箱/背板和儀器）。 對于大多數情況，模塊化測試系統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儀器的使用壽命。

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圖3. 模塊化系統可允許您以經濟的方式升級CPU，提高處理性能。

模塊化和傳統儀器均依賴于處理器技術的進步來提高測試速度，但相比傳統儀器，模塊化系統的升級更為靈活和經濟。

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。 習慣于利用不斷提升的處理器速度的軟件開發人員被迫開始考慮新的并行編程技術，以繼續利用摩爾定律的優勢。 正如Geoffrey Moore在《跨越鴻溝》一書中提到的，技術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： 創新者、早期使用者、早期多數使用者、晚期從眾者、滯后者。 游戲和視頻渲染等特定行業快速采用并行編程技術，而其他行業則相對較晚。

遺憾的是，，自動化測試工程師屬于晚期從眾者一類，當采用并行編程技術。 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計多核處理器的軟件架構。 到目前為止，大多數的自動化測試工程師們利用英特爾睿頻加速等技術來提高四核處理器中每個內核的速度和減少順序軟件架構的測試時間，但這種技術正處于停滯不前的狀態。 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向多核技術，比如Intel? Xeon?處理器具有八個邏輯內核。 這樣便產生了具有與前一代處理器時鐘速度相當的新一代處理器，但卻具有更多的計算內核來處理數據。

可能采用多核處理器的應用

某些測試應用領域率先采用了多核處理器技術。 在2015年麥克林報告中，IC Insights研究人員對半導體市場的多個領域進行了研究，包括該市場的經濟學。 他們在報告中指出：“對于部分復雜的芯片，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：“并行測試已經成為而且將繼續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活動時面臨著低效問題，系統在并行執行測試時面臨著開銷問題。 在半導體測試中，測試經理使用測試系統的并行測試效率(PTE)來衡量其開銷。 如果采用正確的測試軟件架構，增加測試系統的可用處理內核可有效提高特定測試例程的PTE。 盡管測試經理在投資自動化測試系統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，但是提升系統的并行處理性能通常可提高PTE，進而對商業結果產生積極影響。

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圖4.多站點半導體測試系統中并行測試效率、每小時零件處理量以及站點數量之間的關系

但半導體行業并不是唯一采用并行測試的行業。 現在基本上找不到一次性測試設備數量低于四臺的無線測試系統。 多核處理器也將影響任何需要測試設備的無線連接或蜂窩通信協議的行業。 目前正在研究5G和開發5G原型已經不是什么秘密，這一技術將遠遠超過目前射頻儀器的帶寬性能。 除了針對某個協議，在處理高帶寬信號分析儀發回的所有數據之外，無線測試系統還必須并行測試多個協議。 例如，智能電話制造商除了要測試不久后即將發布的5G協議，也需要測試先前的大部分蜂窩技術，比如藍牙、802.11以及任何其他連接協議。 而且一般來說，每個新通信協議的測試算法比之前的協議更消耗處理器。 正如多核處理器有助于提高半導體測試系統的PTE，提高處理內核與協議和待測設備之間的比例也可進一步減少測試時間。

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圖5. 無線通信協議的信號處理復雜性日益增加

應用軟件

在測試測量中，軟件已經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并行測試軟件架構中面臨著更加嚴峻的挑戰。 如果使用C或C++等通用編程語言，正確實現并行測試技術往往需要員工們數以月計的開發時間。 現在產品上市時間已經成為最重要的指標，測試管理人員和工程師必須盡可能提高開發人員的生產力。 采用應用專用測試代碼開發軟件（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人員， 使得測試工程師能夠將精力放在對設備測試最為重要的代碼上。

為未來做好準備

過去十年設備的復雜性以超常的速度增長，而且絲毫沒有放緩的跡象。 新一代蜂窩通信預計將于2020年實現。Gartner估計到2022年全球每個家庭都將擁有超過500個連接設備，而且到時傳感器的尺寸很有可能比頭發的直徑還小。 消費者對高品質產品用戶體驗的預期不斷增長，這迫使制造商竭盡全力設計和測試有競爭力的產品。 測試工程師必須測試這些產品，并確保它們的功能安全可靠。 為了經濟地實現這一點，他們將需要采取以軟件為中心的模塊化方法來實現并行測試。 使用多核處理技術已不再是一種選擇；而是保持經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的優勢。