使用Intel Xeon CPU和PCI Express Gen 3技術增強測試測量系統(tǒng)

PXI平臺的最新創(chuàng)新：工業(yè)首款全混合PXI機箱，基于PCI Express Gen 3技術和匹配系統(tǒng)帶寬，其工業(yè)標準PXI Express嵌入式控制器搭載了Intel Xeon八核處理器。全新的機箱和控制器相結合，提供了兩倍于先前最高性能PXI平臺的處理能力和系統(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箱組合使得PXI成為任何測試和測量系統(tǒng)的完美方案，使用戶在決策時無需作出任何妥協(xié)。

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圖1. NI PXIe-1085 24 GB/s機箱與基于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處理器的服務器級處理能力引入測試測量市場。NI PXIe-8880嵌入式控制器擁有八個內核、高達24GB的DDR4內存以及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個物理和16個邏輯CPU內核

·8 GB DDR4 1866 MHz RAM(標準);24 GB最大

·高達24 GB/s系統(tǒng)帶寬(每方向)

·240 GB 1.8英寸SSD硬盤

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

·2個千兆以太網、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升級條;(右)連接外設的NI PXIe-8880嵌入式控制器的前視圖。

性能基準測試

為了了解全新NI PXIe-8880控制器的價值，我們可以看一下CPU的原始性能。因為測試和測量系統(tǒng)更多是計算密集型系統(tǒng)，而不是圖形密集型，因此我們采用以處理器為中心的CPU基準測試。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)設計軟件等測試測量軟件結合使用時的表現如何。測試和測量中通常采用的處理器密集型測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在基準時間窗口內計算的FFT次數比上一代PXIe-8135四核Intel Core i7-3610QE處理器高出91%。需要注意的是LabVIEW本身是一個多線程應用軟件，因而可充分利用PXIe-8880嵌入式控制器中Intel Xeon處理器的八個內核。

圖表2. NI PXIe-8880計算的LabVIEW FFT次數比上一代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。物聯網時代需要最強大的處理能力來縮短產品上市時間和降低測試成本，而NI基于PXI的方法正是實現這一目標的關鍵。”

- Shahram Mehraban

工業(yè)物聯網市場開發(fā)總監(jiān)

英特爾公司

2. NI PXIe-1085 24 GB/s機箱

自1997年PXI標準誕生以來，NI一直不斷提供廣泛的高性能機箱組合來滿足各種用戶應用的I/O點和性能需求，在推動用戶創(chuàng)新的過程中發(fā)揮了關鍵的基礎作用。NI最新版本的機箱是首款基于PCI Express Gen 3技術的機箱，為工程師提供兩倍于上一代機箱的插槽和系統(tǒng)帶寬。

機箱技術一覽

·基于PCI Express Gen 3技術的PXI Express

·16個混合插槽;1個PXI Express系統(tǒng)定時插槽;1個系統(tǒng)插槽

·高達24 GB/s系統(tǒng)帶寬(每方向)

·高達8 GB/s系統(tǒng)帶寬(每方向)

·可移動電源梭;925 W總系統(tǒng)功率

·每插槽38.25 W功率和冷卻功能

·可選機架組件

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圖3. 空NI PXIe-1085 24 GB/s機箱的前視圖。

PXI Express規(guī)范

隨著過去幾十年來客戶應用的復雜性和對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，提供了132 MB/秒的數據帶寬。PCI Express技術出現后，該規(guī)范也隨之更新以充分利用這一技術。PCI Express技術通過稱為“巷道”(lane)的發(fā)射和接收連接對來串行發(fā)送數據，使得PCI Express Gen 1技術每個方向的數據傳輸能力達到250 MB/s。多個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，每條巷道的數據傳輸速率達500 MB/s。最新發(fā)布的PXIe-108524 GB/s機箱是業(yè)界第一款基于PCI Express Gen 3技術的機箱，巷道帶寬增加了一倍，每條巷道的速率高達1 GB/s，24條數據巷道(X24)就可實現控制器和PXI Express背板之間高達24 GB/s的單向數據傳輸速率，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)控制器和機箱之間數據傳輸量需求。如果在外設模塊之間利用對等網絡(P2P)通信，即可顯著提高機箱可傳輸的數據量。例如，三個外設模塊以8GB/s的速率傳輸數據到系統(tǒng)控制器，七組模塊利用P2P實現8GB/s的速率，那么從理論上講，單向和雙向的總系統(tǒng)帶寬應該分別為80 GB/s和160 GB/s。實際的系統(tǒng)帶寬取決于許多因素，如內存帶寬、PCIe數據包大小和開銷以及單向和雙向數據流等。

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

全混合插槽

隨著機箱通信總線集成最新的PC技術，PXI外設模塊也從PXI演變到PXIe，以利用PCI Express通信總線能力的優(yōu)勢。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外設模塊插入到PXI機箱中，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機箱相比，24 GB/s 18槽(1個系統(tǒng)控制器+17個外設插槽)機箱包含了16個混合插槽。

PXI背板技術

PXI平臺相比傳統(tǒng)儀器的一個重要優(yōu)勢在于PXI機箱背板中集成了觸發(fā)、電源、參考時鐘和數據總線，其中數據總線通常是外部線纜?；赑CI Express Gen 3技術的NI PXIe-1085 24 GB/s機箱的一個重要創(chuàng)新是采用了兩個第三代開關，如圖4所示。這些開關負責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機箱的后視圖，其中拆去了電源梭以便觀察PCI Express第三代開關技術

3. NI PXIe-8830mc協(xié)處理模塊

PXI平臺的一個最新進展是PXI多值計算(PXI MultiComputing, PXImc)規(guī)范，它可允許兩個或更多的智能系統(tǒng)通過PCI Express交換數據。之前我們可以通過NI PXIe-8383外設插槽物理連接到遠程處理器，如工作站計算機。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外設插槽中以快速提升系統(tǒng)的處理能力。例如，在18槽機箱中，NI PXIe-88808與NI PXIe-8830mc協(xié)處理模塊相結合可實現高達40個物理內核。

協(xié)處理模塊一覽

·Intel Core i7-4700EQ處理器

·4個物理和8個邏輯內核

·2個USB 2.0和1個千兆以太網LAN端口

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

·高達4GB/s的理論(2.7 GB/s實際)數據傳輸帶寬(單向)

·協(xié)處理模塊和主CPU之間的延遲低達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，可添加四個處理內核。

“在過去的二十年里，我們見證了自動化測試領域由傳統(tǒng)儀器逐漸向PXI平臺轉移的過程。集成Intel Xeon處理器技術后，我們預期PXI將廣泛應用于高性能應用中。”

- Jessy Cavazos

測量和儀器行業(yè)經理

Frost & Sullivan

4. 主要應用領域

除了以下主要應用領域之外，全新的機箱和控制器也適用于任何計算密集型或高帶寬測試和測量應用以及任何不犧牲性能也可滿足未來需求的應用。

無線測試

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

半導體測試

雖然NI半導體測試系統(tǒng)(STS)等半導體測試系統(tǒng)不會消耗大量數據，但是它們需要并行消耗許多數據來提高測試吞吐量或每小時測試的零件數量。多點測試吞吐量的一個主要參數是測試系統(tǒng)的并行測試效率(PTE)，這對于測試系統(tǒng)來說通常是固定的。但是對于NI STS等模塊化方法，添加八核Intel Xeon處理器和NI TestStand等強大的多核測試執(zhí)行軟件的能力提供了一種提高PTE的經濟方法，進而提高半導體測試工程師的生產力。

5G原型開發(fā)

開發(fā)第五代(5G)蜂窩系統(tǒng)需要密集的信號處理、緊密的同步、控制功能以及I/O點來實現每秒數千兆位的數據速率。結合LabVIEW Communications系統(tǒng)設計套件等功能強大的軟件，NI PXIe-8880控制器和NI PXIe-1085 24 GB/s機箱的多核處理能力和高帶寬為任何原型開發(fā)平臺提供了理想的起點。

基于NI PXI構建可滿足未來需求的測試和測量系統(tǒng)

過去二十年的技術革新遠超出我們的預期。1G演變到2G蜂窩通信花了大約18年的時間，但是LTE取代3G僅用了短短的6年。我們已經看到模數轉換器的速率從數百MS/s提高到數十GS/s。如果繼續(xù)以目前的普及速度發(fā)展下去，物聯網的影響將大大超出所有人的預測，在物聯網時代，萬事萬物都是可以感知、計算和相互通信的。

但創(chuàng)新有幾層含義。在設計環(huán)境中可行到用戶可以真正使用需要多個測試和測量步驟，而且人們對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品的質量，但是我們也不希望每次出現新產品時都需要花費寶貴的時間和金錢來購買或開發(fā)額外的硬件和軟件。預測產品創(chuàng)新的未來是不可能的，但選擇具有高靈活性和可擴展的架構是有可能的。由于模塊化產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機箱結合豐富多樣的模塊化儀器，使得NI PXI成為任何測試和測量應用的完美解決辦法。