Vítejte, dnes je
středa
25.
prosinec 2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky S tím, jak se blížím ke konci své 40 let trvající kariéry v roli CEO společnosti National Instruments, připomínám si velký pokrok a množství inovací, které obor testování a měření zažil od roku 1976. Byli jsme svědky posunu od oboru, ve kterém dominovaly elektronky v éře společnosti General Radio, přes nadvládu tranzistorů a společnosti Hewlett Packard až k dnešku, kdy skutečný nástroj představuje software – posun, který pomáhala směrovat společnost NI. Mooreův zákon nás vzal na pěkně divokou jízdu, mírně řečeno, a když už jsme si mysleli, že nás nic nemůže překvapit, rozvinuly se procesní inovace do nových rozměrů (a to doslova) a začaly posouvat výkon ještě dále.
Stejně jako tranzistory měla i společnost NI skromné začátky, ale neúnavně se soustředila na tvorbu technicky skvělých produktů a umožňovala vznik inovací, které proměnily svět, a to prostřednictvím našich zákazníků a technologických platforem. Dovolte mi zamyslet se nad tím, co jsem se za posledních 40 let naučil a jak vnímám další směr vývoje tohoto oboru s tím, jak se posouvám do další fáze své kariéry.
Když jsme společně s Jeffem Kodoskym a Billem Nowlinem zakládali v roce 1976 NI, viděli jsme ohromný prostor pro inovace v tom, jak technici a vědci používali a stavěli vybavení pro testování a měření. Zakládali jsme společnost s předpokladem, že musí existovat lepší způsob, jak řešit potřeby z hlediska testování a měření, se kterými jsme se jako technici a vědci potýkali. Uvědomovali jsme si, že vhodné řešení sice nemusí být dostupné k zakoupení v přímo použitelné podobě, ale že bychom jej alespoň nemuseli stavět zcela od základů.
Sběrnice GPIB (General Purpose Interface Bus, IEEE 488) pro nás představovala vstupní bránu. Naše vize, jak byla zformulována v roce 1983, zněla „udělat pro testování a měření to, co tabulkový procesor udělal pro finanční analýzy“. V dnešní době možná tato věta poněkud ztrácí na významu, ale zkuste se nad ní zamyslet v kontextu raných 80. let. V té době byly nástroje pro finanční analýzu nedostupné a příliš drahé pro každého, kdo neměl k dispozici dostatečně velký rozpočet.
První verze tabulkových procesorů tuto situaci zcela otočily, a to bylo přesně to, o co jsme usilovali i my. Chtěli jsme dosáhnout toho, aby každý technik či vědec měl přístup ke stejným nástrojům či platformám, jaké používaly výzkumná a vývojová oddělení špičkových technologických firem. V té době šlo o radikální pohled a v mnoha ohledech je tomu tak i dnes.
Zatímco jiní se na sběrnici GPIB dívali jako na hardwarovou hračku, pro nás měla hodnotu především kvůli tomu, co umožňovala z hlediska softwaru. S tím, jak se rozvíjel trh s PC (stejně jako s počítači Mac od Applu, které nás obzvláště přitahovaly svým grafickým uživatelským rozhraním), umožňoval GPIB kabel našim zákazníkům snadno analyzovat a prezentovat data v požadované podobě. Skončila jejich závislost na čelním panelu měřicího přístroje a nemuseli se již pro záznam dat spoléhat na své sešity a tužky. Příležitost k inovacím se tehdy přesunula do světa softwaru, ve kterém programovací jazyky potřebovaly přístrojové ovladače pro připojená zařízení. Naše strategie pro tvorbu a podporu těchto ovladačů představovala kritickou službu, která pokračuje dodnes, kdy NI podporuje přes 10 000 ovladačů prostřednictvím své sítě Instrument Driver Network.
Nicméně technici a vědci tehdy ještě stále museli pro technické úlohy, testování a měření používat nástroje navržené pro počítačovou vědu. Naše odpověď byla dvojitá: prostředí LabWindows™/ CVI, které nabízelo technické nástroje využitelné prostřednictvím programovacího jazyka ANSI C, a prostředí LabVIEW založené na grafickém pohledu na programování, který se shoduje se způsobem, jakým přemýšlíme o řešení problémů (ve vývojových diagramech a obrázcích). Postup byl jednoduchý: měření, analýza a prezentace. To vše s pomocí softwarových nástrojů navržených pro běžné způsoby nasazení u zákazníků, které jsou snadné na naučení a zároveň výjimečně výkonné. Přišli jsme s frází „Software je nástroj“, která měla tento přístup vystihovat. To, když jsme viděli, jak technici a vědci šetří drahocenný čas a rychleji dospějí k výsledkům, představovalo nejlepší tržní potvrzení našich předpokladů.
Lidé hovoří o Mooreově zákonu, jako by šlo pouze o hardware, ale počítačový hardware existuje pouze k tomu, aby na něm běžel software (a snad ještě firmware). Jakmile se nám podařilo přenést centrální roli při testování a měření na software, efektivně jsme zařadili Intel, Xilinx a další společnosti s obratem v řádu miliard dolarů do našeho oddělení pro výzkum a vývoj. Díky profesionálním dovednostem našich partnerů a zákazníků při práci s našimi softwarovými nástroji nám stačilo sledovat vývoj čipů, abychom přinášeli novou hodnotu pro naše testovací a vestavné systémy. Tento vývoj se zatím pohyboval ve dvou rozměrech: vícejádrové procesory a obvody FPGA.
Protože je vývoj v LabVIEW grafický, a není tedy sekvenční, je velice vhodný pro paralelní zpracování. Uživatelé prostředí LabVIEW byli mezi prvními programátory, kteří mohli svůj kód snadno přenášet z procesorů s jedním jádrem na procesory s více jádry a se zpracováním ve více vláknech a vidět takřka okamžitě nárůst výkonu. Samozřejmě že je možné tyto trendy využít i v jiných jazycích, stejně jako je stále možné psát velice efektivní kód ve strojovém jazyce či v assembleru, ale proč byste to dělali? Rychlost, jakou se mění moderní elektronika, má za následek, že nemůžete plýtvat časem na činnosti, které za vás mohou snadno udělat nástroje. A uživatelé LabVIEW nám to neustále opakují.
V případě obvodů FPGA se celá tato problematika povyšuje na novou úroveň. Některé problémy se zkrátka lépe řeší přímo ve vysoce paralelním a deterministickém světě křemíkových obvodů. Nicméně nástroje a způsob programování byly nepřístupné pro většinu strojních inženýrů či výzkumníků v medicíně, kteří byli experty na svá měření a na problémy, které řešili (a ne na návrh digitálních obvodů). Uvědomili jsme si to na konci 90. let s pomocí grafického pohledu na programování v LabVIEW. Dali jsme si za cíl zpřístupnit možnosti a výkon obvodů FPGA programátorům v LabVIEW a dokázali jsme to. Letmý pohled na výherce naší ceny Engineering Impact Awards ukazuje sílu této technologie: aplikace sahající od regenerace a obnovy funkce orgánů poškozených vlivem úrazu či nemoci až po nastavování nových světových rekordů v efektivitě bezdrátové komunikace ve spektru 5G s masivní MIMO technologií.
Když přemýšlíte o softwaru takovým jedinečným způsobem, jako to děláme my, je snadné začít přemýšlet jinak i o hardwaru. Modulární zásuvné karty pro PC byly přirozeným vedlejším produktem. Učinili jsme hardware natolik jednoduchým a cenově dostupným, jak to jen bylo možné (žádné displeje pro zobrazování, napájecí zdroje, fixní tlačítka či knoflíky a podobně), a soustředili jsme se na AD a DA převodníky, předzpracování signálu a přesun dat.
Zatím stále čekám na to, až nějaký výrobce testovací a měřicí techniky navrhne uživatelské rozhraní pro jakoukoliv specifickou úlohu lépe než samotný zákazník, který by tak byl produktivnější. I ty nejlepší čelní panely na stolních přístrojích jsou zaplaveny nepoužívanými tlačítky či položkami v ovládacích nabídkách. Velká část našich hardwarových produktů má rozměry omezeny velikostí vstupně výstupního konektoru. Může existovat ještě něco efektivnějšího?
Skutečnost je taková, že naše strategie je více než účinná; je správná. Vezměte si například nový vektorový signálový transceiver (VST), který kombinuje VF analyzátor, VF generátor, paralelní a sériová digitální rozhraní a vysoce výkonné zpracování signálů v jediném modulu PXI s rozměrem 2 pozic. Tento produkt nabízí špičkovou šířku pásma (1 GHz), úžasné VF parametry a škálovatelnost pro MIMO aplikace, a to vše díky jediné příčině: softwaru.
Přesunuli jsme do obvodu FPGA tolik technických problémů, kolik jen bylo možné, a Mooreův zákon (spolu se společností Xilinx) nám poskytl dostatek výkonu potřebného pro všechny výpočty. My jsme zase tento výkon nabídli svým zákazníkům, kteří mohou přizpůsobit funkce FPGA prostřednictvím LabVIEW. Tento VST a LabVIEW pomáhají dosahovat našim zákazníkům cíle v oblastech od vývoje 5G bezdrátových technologií přes vývoj automobilových radarů a asistenčních systémů až po snižování nákladů na zařízení pro internet věcí (IoT). Jde o cíle, které by s konvenčními přístroji zůstaly nedosažitelné.
Záblesky budoucnosti vidíme všude, kam se podíváme. Moderní továrny využívají takzvané „kyber- fyzické systémy“, které spojují softwarově orientované výpočetní technologie s elektromechanickými systémy a lidskými operátory pro zvýšení bezpečnosti a efektivity a snížení nákladů. Koncept spočívající v měření, analýze a prezentaci dat je stále platný, nicméně jako paralelní pohled pro IoT zařízení jsme jej rozšířili o „snímání, výpočet a připojení“. Bezdrátové technologie obecně jsou všudypřítomné.
Říkáme to už nějakou dobu, ale pokud ještě nejste odborníkem na VF, brzy budete. A čím více věcí připojíte, tím větší bude potřeba využít ohromného množství dat, které můžete získávat z miliard měřicích uzlů. Pro nás jde o oblast Big Analog Data™, kterou vnímáme jako nejbohatší zdroj dat na světě. Zákazníci NI získávají terabajty takových dat každý den.
Přestože naše schopnosti jsou pokročilejší a škála problémů, které se snažíme řešit, se zvětšuje, nástroje, které využíváme, musí být co nejjednodušší na ovládání. Stejně jako se strojový jazyk přeměnil na assembler a později na objektově orientované jazyky, tak i další paradigmata, včetně grafického programování, mají zásadní úlohu pro dosažení správné míry abstrakce. Diagram typu multirate v naší sadě LabVIEW Communications System Design Suite je skvělým příkladem. Žádný samostatný softwarový nástroj nedokázal nabídnout produktivitu potřebnou při prototypování 5G algoritmů, dokud jsme nezískali dostatek odvahy spojit několik různých výpočetních modelů do jednoho, který lze nasadit přímo na hardware.
Žádné velké inovace nemůže být dosaženo o samotě. Nejlepší platformy, které dnes používáme, jsou efektivní, protože využily ekosystém. Náš softwarově orientovaný přístup vedl ke vzniku partnerské sítě zahrnující přes 1000 společností a 300 000 aktivních uživatelů LabVIEW. Vzestup mobilních zařízení a aplikací pro ně byl možný pouze díky zdravému ekosystému postavenému na platformách přívětivých pro vývojáře. Vývoj v týmech, sdílení kódů a podpora komunity již brzy nebude představovat novinku či špičku ve své třídě. Půjde o očekávaný standard.
Nebylo by možné zažít to, co jsem ve svém oboru zažil já za posledních 40 let, a nebýt nadšen ze směru, kterým se všechny tyto technologie a trendy ubírají. Má rada pro jakéhokoliv inženýra je jednoduchá: vytvořte si vizi budoucnosti a následujte ji se vší vervou. A v neposlední řadě se nezapomeňte dobře bavit.
