隨著物聯網(IoT)擴展至更多的關鍵應用,基於軟體的開放平台正成為監測與控制關鍵基礎架構的核心,並進一步改變傳統的封閉式硬體架構,朝向開放的用戶定義系統進展。

如今,「真正的力量就在於軟體!」國家儀器(National Instruments;NI)全球銷售與行銷執行副總裁Eric Starkloff在今年NIWeek的主題演講上指出,以軟體為中心的平台顛覆了一切,特別是在長久以來軟體角色較不明顯的工業領域,一旦機器與設備變得更加以軟體為中心,如何確保正確運作的方式也將大幅改變。

在NIWeek 2016期間,《電子工程專輯》有幸專訪到Eric Starkloff,請他與我們分享分享在這一典範轉移過程中,軟體平台如何改寫測試與量測以及工業控制等領域的遊戲規則、促進(工業)物聯網的進展以及克服接踵而來的RF等挑戰。

20161011 NI NT31P1 NI全球銷售與行銷執行副總裁Eric Starkloff

改寫產業遊戲規則

Eric Starkloff首先介紹「硬體迴路」(HIL)的測試概念,他表示,「在汽車產業中,所有的嵌入式軟體都位於電子控制單元(ECU)。為了測試各種可能發生的狀況,以往必須打造原型車並進行駕駛測試,模擬每一種情況以確保車子的各種系統順利運作。如今,採用這種HIL打造模擬系統的方式需要更多軟體,而且必須是即時的。」

接下來將會有越來越多的裝置變得更加軟體導向,透過執行於系統上的軟體模擬真實世界,Eric Starkloff強調,這就是NI平台的獨特之處。「或許很多公司都會說擁有平台,但我認為「平台」一詞其實是被誤用了。」他補充說,所謂的「平台」必須具備讓使用者透過軟體定義系統功能的能力,同時也是一種為打造生態系統的平台進行編程的能力。因此,除了NI,包括合作夥伴、開發人員或第三方公司,都可在同一平台上增加新功能,並持續擴展整體功能至各領域。

特別是隨著IoT快速發展以及諸如NB-IoT、LoRa、Sigfox與LTE-M等多種新興的IoT標準浮出檯面,NI以開放軟體為基礎的平台更有助於克服接踵而來的RF挑戰。儘管這些新的IoT標準包括授權與非授權頻譜,「其間最大的差異就在於軟體協議,因此,平台可配置的能力十分重要。例如NI最新推出的向量訊號收發器(VST)即能搭配合適的軟體測試上述的所有標準。」

然而,作為一家測試廠商,他認為「更基本的不僅是具備為各種IoT標準實現傳送與接收的能力。哪一種裝置將採用這些標準?其價格點為何?測試成本應該多少才合理?這些問題也至關重要。」他預期,未來的發展趨勢將是越來越多的裝置採用NB-IoT等最終可帶來低成本優勢的技術,才能落實成千上萬的連網裝置都必須低成本的目標。

以現有裝置的價格點來說,Eric Starkloff認為目前用於測試這類裝置的儀器成本太高了,預計RF測試成本將降低幾百倍到相當於音訊測試的成本。「相較於音訊測試,目前在RF測試裝置的成本大約高了幾百倍。預計在未來幾年,隨著IoT逐漸落實以及更多的IoT裝置連網,IoT裝置的RF測試成本必須進一步降低。這也是我們持續努力的另一個方向。」

原型製作促進5G發展

NI的5G策略也是一個很好的例子。Eric Starkloff解釋,「當你進行5G測試時,其他測試供應商可能告訴你已經有現成可用的儀器了。但其實不然。因為5G標準尚未到位,也沒有專用於5G測試的儀器。」相形之下,他認為NI的獨特之處就在於為客戶創造真正打造系統的能力,協助探索即將發展成為5G標準的技術,如亳米波(mmWave)、大規模多輸入多輸出(Massive MIMO)以及新型態的波形等原型。

特別是5G仍在早期的研究階段,目前面對的最大挑戰就在於「原型製作」。由於許多研究都採用純軟體進行,無法在真實世界中進行測試,尤其是打造像Massive MIMO等複雜的系統。儘管有各種模擬演算法能預測系統行為,但仍必須在真實世界中進行實測,才能進一步建立模型。因此,製作原型的能力變得日益重要。

然而, 以往為了製作原型,唯一的方法是打造客製的電路板、晶片與硬體等,但這不僅曠日費時,還需要投入大量的金錢與資源。「透過NI的平台將有助於打造這些原型,並加速驗證新的演算法與真實世界。例如,諾基亞(Nokia)採用NI LabVIEW打造5G毫米波原型,為其節省了一年的開發時間。」

Eric Starkloff並強調,「這些原型系統不僅帶來了很好的發展機會,也有助於定義5G標準。作為一家有能力提供從原型到測試的公司,這讓我們現在就擁有自然過渡到測試的能力,當5G開始標準化之際,NI將在市場上任何5G測試設備推出之前準備就緒。」