National Instruments klaar voor het miljard

Reading time: 10 minutes

Author:

Op zijn jaarlijkse NI Week toonde National Instruments zijn nieuwe producten en de trends voor de komende jaren. Onder meer RF-metingen tot 14 GHz en chiptests zijn gebieden waarin het denkt te kunnen doorbreken. En Labview moet verder uitgroeien tot een tool waarmee het hele bedrijf aan het systeem kan sleutelen.

De eerste week van augustus nodigde National Instruments zijn klanten, leveranciers en andere belanghebbenden uit in zijn thuisstad Austin, Texas, om hen bij te praten over de laatste ontwikkelingen. Ook Bits&Chips ontving een uitnodiging voor de NI Week.

Voor wie niet precies op zijn netvlies heeft wat NI eigenlijk doet: het positioneert zichzelf als een technologiebedrijf dat denkt vanuit een generiek platform dat de taal van de domeinexpert spreekt – zonder al te domeinspecifiek te worden. Daarmee is het geschikt voor allerhande applicaties, die dan ook vanzelf volgen. NI-tools worden ingezet in toepassingen uiteenlopend van intelligente stroomconverters tot de Europese deeltjesversneller Large Hadron Collider (LHC) en het testen van deuren tot aan hardware-in-the-loop-simulaties van versnellingsbakken – om maar een greep te nemen.

Het platform bestaat uit een bijna complete stack van hardware- en softwarecomponenten. In een notendop zijn er aan de hardwarekant het Rio-platform (wat staat voor ’reconfigurable I/O‘), dat met een eigen CPU (Intel of Freescale) en FPGA (Xilinx) zelfstandig kan opereren, en de krachtigere PXI-systemen, die aan een pc zijn gekoppeld. Beide komen in uiteenlopende vormen en maten en zijn via insteekkaarten uit te breiden met zo‘n beetje elke denkbare interface of fysieke parameter. Het bedrijf uit Austin levert ook zelf een uitgebreide reeks aan meetinstrumenten.

De kracht zit in de manier waarop het geheel wordt geprogrammeerd. Dat gaat via de Labview-omgeving. Software die hiermee wordt geschreven, wordt transparant verdeeld over de CPU‘s en de FPGA van de NI-hardware. De ontwikkelaar hoeft zich niet bezig te houden met laagniveaudrivers en dergelijke om het geheel aan de praat te krijgen. Labview is bovendien een grafische programmeertaal die software uitdrukt als flowchart. Dat zit veel dichter tegen de belevingswereld van een ingenieur aan dan traditionele software. NI‘s belangrijkste claim is dan ook dat het mogelijk is dat ingenieurs zelf een systeem kunnen programmeren zonder een softwareontwikkelaar in te schakelen. Door de mogelijkheid om ook C-, Matlab- of HDL-code in te voegen in Labview, kan vrijwel elke eis worden afgedekt. Daarnaast zijn er allerhande modules die functionaliteit toevoegen: simulatie, elektronisch ontwerp, C-codegeneratie, requirementsbeheer, noem maar op.

Gigantische markten

Met dit platform heeft NI in bijna elk mogelijk doelgebied waar gemeten, geregeld of aangestuurd moet worden succes weten te boeken. Het bedrijf is er trots op dat geen van zijn applicatiegebieden meer dan vijftien procent van de inkomsten genereert. Bovendien bereikt het gebruikers op alle niveaus, van academia tot aan heavy duty procescontrole.

Toch is deze basisstrategie wel langzaam aan het veranderen, of althans niet meer de enige geldende strategie. ’Onze klantenbasis is aan het uitbreiden en daarmee aan het veranderen‘, vertelt Mike Santori, business and technoloy fellow en oudgediende van NI. ’Tien tot vijftien jaar terug zag je een groot aandeel van onze klanten in het laboratorium, in data-acquisitieachtige omgevingen en kleinere testorganisaties. Maar we zijn veel groter geworden en onze producten zijn door steeds grotere bedrijven geaccepteerd. Dus de noodzaak voor betrouwbaarheid, de wereldwijde ondersteuning, het onderhoud en de afhankelijkheid van NI-producten vanuit een businessperspectief, die zijn dramatisch gegroeid. NI Week is nog steeds voornamelijk een gelegenheid voor klanten om over onze technologie te leren, maar het wordt in toenemende mate ook gebruikt om over NI als bedrijf te leren. Ze willen weten waar we investeren en wat onze mogelijkheden zijn. NI zal altijd gericht zijn op ingenieurs. We houden van technologie, we houden ervan om coole problemen op te lossen, we houden ervan om ingenieurs te helpen om succesvol te zijn. Maar we zijn nu ook een bedrijf van bijna een miljard. En dan heb je een aantal grote klanten. En zij willen weten dat je hen zult ondersteunen, dat je hen zult helpen, dat je verantwoordelijkheid neemt.‘

Daarnaast is NI anderhalf jaar geleden begonnen om zich ook wat meer te verdiepen in bepaalde applicatiedomeinen. ’Historisch gezien, kwamen de toepassingen vooral vanuit de klanten. We zagen bij hen waar we veel toegevoegde waarde kunnen hebben. Maar als je van een bedrijf van honderd miljoen naar een bedrijf van een miljard wilt groeien, moet je naar grotere kansen kijken. Dus we bestuderen nu proactiever de trends en behoeftes om te kunnen voorspellen waar het heen gaat met onze business‘, legt Santori uit.

Het bedrijf heeft nu onder meer divisies opgezet voor het testen van mobiele telefoons, halfgeleiders, systemen voor alternatieve energie en biomedische toepassingen. ’Dat zijn echt geschikte gebieden voor ons‘, zegt Santori. ’Aan de ene kant zijn ze erg nieuw en er is een hoop dat nog uitgezocht moet worden. De traditionele oplossingen werken daar niet, want er is een combinatie van functionaliteit en mogelijkheden nodig die nog niet bestaat. Maar we denken ook dat het gigantische markten zullen zijn.‘

Met de applicatiegroepen wil NI beter begrijpen wat de noden zijn in die domeinen. Dat hoeft niet eens zozeer technologisch te zijn. ’Wat voor ons een belangrijke vraag is, is hoe we onze klanten kunnen helpen bij het voldoen aan de FDA-normen of de Europese regelgeving voor medische apparatuur‘, legt vicepresident van de biomedische divisie John Hanks uit. ’Op vergelijkbare wijze heeft de mobiele groep geholpen met het uitzoeken wat we op draadloosgebied moeten doen.‘

Dat laatste resulteerde onder meer in de overname dit jaar van Phase Matrix, specialist in RF-testapparatuur, en van ARW, ontwikkelaar van designsoftware voor RF. Daarmee kon NI op zijn conferentie vol trots een high-end PXI-gebaseerde vectorsignaalanalyzer introduceren die metingen tot 14 GHz aankan. Het bedrijf liet niet na om duidelijk te maken dat de tool voor veel minder geld veel meer presteert dan zijn naaste concurrentie.

39 cent

De RF-analyzers zijn natuurlijk weer op uiteenlopende gebieden in te zetten, maar focus op een gebied kan wel degelijk een meer specifieke technologie betekenen. Voor het testen van halfgeleiders introduceerde het bedrijf voor PXI een source measurement unit (SMU) die de geconsumeerde stroom en spanning van een device registreert en een pinelektronicamodule. Samen met de vectorsignaalanalyzer kunnen deze worden ingezet om ATE‘s te bouwen, de apparaten die vandaag de dag worden ingezet om chips te testen.

NI denkt de juiste kaarten te hebben om de gevestigde spelers op hun eigen terrein te verslaan. Zowel in de designfase als in productie, hoewel de processen sterk van elkaar verschillen, legt vicepresident van halfgeleidertests Ron Wolfe uit. ’In het lab gaat het allemaal om time-to-market, dus om de tijd die validatie kost als de eerste proefchips arriveren. Meestal gebeurt dat handmatig met allerlei losse apparaten en een lijstje met dingen die gecontroleerd moeten worden. Een paar jaar geleden ging dat nog prima voor de meeste chips. Maar devices worden nu zo complex, vooral RF-devices met acht verschillende radio‘s en zo. Dat handmatig valideren, zou maanden kosten. PXI doet het daarom erg goed in het lab, want daar kunnen ze nu eenmaal niet twee maanden bezig zijn met elke iteratie van het ontwerp.‘

In de productiefase spelen heel andere factoren een rol, maar toch is ook daar de trend vergelijkbaar. ’Testkosten zijn problematisch. De kosten van chips worden steeds lager. Iedereen wil in de Ipad of Iphone terechtkomen. Maar als je een tester hebt staan van een miljoen dollar, neemt het percentage van de testfase snel toe‘, begint Wolfe zijn betoog. ’En tien jaar geleden had je nog een dozijn bedrijven die big iron ATE‘s bouwden. Vandaag de dag zijn dat er nog drie. Alleen zijn die testers vooral ontworpen voor de chips die tien jaar geleden gemaakt werden, toen de trend was om bredere databussen en hogere kloksnelheden te halen. Tien of vijf jaar geleden konden chips vierhonderd pinnen of meer hebben. Dus deze systemen hebben krachtige pinelektronica als hun kernfunctie: duizenden pinnen met digitale elektronica om parametrisch te testen. Vandaag de dag gaan we naar minder pinnen en worden parallelle databussen vervangen door seriële. Met een parallelle bus test je simpelweg met enen en nullen om dataverkeer te simuleren. Bij seriële bussen is het ingewikkelder. Daar ben je echt aan het communiceren met de chip en zeg je dat hij in die mode moet gaan om dat en dat te doen. En chips hebben vandaag de dag veel meer analoge content. De big iron ATE‘s zijn goed in veel digitaal en een beetje analoog, maar de chips van nu zijn precies het tegenovergestelde.‘

NI denkt met zijn PXI-gebaseerde systemen in het gat te kunnen springen dat de traditionele spelers openlaten. ’Er zijn gebieden waar we minder geschikt zijn. Geheugen is bijvoorbeeld niet iets waar we ons op richten. Wel op componenten als RF-IC‘s, powermanagementchips, analoge componenten zoals DA- en AD-converters, opamps, allerlei soorten Mems en leds.‘ In deze applicatiegebieden is een PXI-chiptestsysteem vele malen goedkoper: de prijs ligt typisch rond de veertigduizend dollar. Daarmee kan een fabrikant het zich permitteren om een testsysteem neer te zetten voor slechts één type device.

Volgens Wolfe halen de systemen ook een aardige doorvoersnelheid. ’Het hangt allemaal af van de specifieke economische aspecten. Als je een chip maakt die tien dollar kost, kun je er anders tegen aankijken dan wanneer je chip 39 cent mag kosten. Een big iron ATE kost gemiddeld 105 dollar per uur om te draaien, een PXI-gebaseerd systeem twintig dollar. En daarbij kun je ervoor kiezen om wat extra onderdelen te kopen en twee of drie chips tegelijkertijd te testen.‘ Daarbij helpt de aanwezigheid in het lab, traditioneel een sterkte van NI, uiteraard ook mee: als er al een uitgebreide set tests ligt van het ontwerpproces, is het aanlokkelijk om die ook in te zetten tijdens de productiefase.

Programming 101

Op de NI-week sprak het bedrijf uiteraard ook uitgebreid over de ontwikkelingen in Labview. Het softwarepakket begon zijn leven als grafische programmeertaal,  maar tegenwoordig ziet NI het meer als de spil in ’grafisch systeemontwerp‘. De hardware, simulaties en de blokken C-, Matlab- en HDL-code zijn vanuit de ontwikkelomgeving aan te spreken en de tool beschikt over een uitgebreide bibliotheek aan functionaliteit voor ingenieurs en wetenschappers. Dat idee wil het bedrijf de komende jaren verder uitwerken. In een preview van wat komen gaat, liet R&D-directeur van Labview David Fuller zien hoe de tool steeds meer het hele systeem kan omvatten, waarbij een gebruiker dieper en dieper kan inzoomen tot op implementatieniveau.

’Waar we echt heel enthousiast over zijn is het idee van een systeemdiagram‘, licht Shelley Gretlein, directeur softwaremarketing bij NI, toe. ’Het overzicht van het hele systeem is tot nu toe echt niet goed bediend, maar de implementatie is maar de helft van het verhaal of minder. Het allerhoogste niveau kun je aan je baas of je klant laten zien. Die is niet geïnteresseerd in de implementatie, maar hij wil alle componenten zien en hoe ze met elkaar zijn verbonden. Softwareontwikkelaars kunnen simpelweg inzoomen tot de Labview-, C- of HDL-code en daarmee aan de slag gaan. En de hardware-engineer kan dat als zwarte doos beschouwen en hoeft alleen te weten wat er in en uit gaat, zodat hij kan nadenken over de verbindingstypen en dergelijke. Dat idee is een heel groot onderdeel van onze toekomst.‘

NI laat niet na te benadrukken hoe logisch zijn programmeeraanpak is ten opzichte van traditionele tekstgebaseerde methodes: onderdelen worden grafisch weergegeven, lijntjes laten de relatie zien, cirkeltjes eromheen zijn veel duidelijker dan zoeken naar accolades in een tekst, et cetera. Bovendien stelt het diagram de stroom van data in plaats van de bewerkingen centraal, waarmee Labview meer weg heeft van een functionele dan een imperatieve programmeertaal. En met de opkomst van multicore, FPGA‘s, GPU‘s en andere parallelle rekenarchitecturen is de tool daarmee toevallig prima gepositioneerd ten opzichte van sequentiële talen – sometimes you can‘t beat dumb luck is een favoriet gezegde binnen NI.

Het bedrijf is de laatste jaren bezig om de architectuur van de compilerlagen drastisch op de schop te nemen. Dat moet de prestaties ten goede komen en Labview voorbereiden op de toekomst. NI introduceerde een tussenlaag, een beetje vergelijkbaar met Microsofts Common Language Runtime, om alle code – Labview, C, Matlab, HDL – naar te kunnen compileren. Van daaruit is de boel te optimaliseren en via de LLVM-compilercomponenten naar de realtime processor te compileren of via de Xilinx-tools naar de FPGA. ’Het hangt er natuurlijk vanaf waar het naartoe gaat. Als het VHDL is en het is bedoeld voor de FPGA, dan schonen we het misschien een beetje op maar vertalen we het niet. Maar als je van C-code naar VHDL gaat, dan heb je vertaling nodig.‘ De visie is om elke mogelijke input naar elke doelarchitectuur te kunnen vertalen.

Toch ziet NI er geen brood in om Labview los te koppelen van zijn hardware en het als algemene programmeeromgeving in te zetten. ’Dat is wel een leuk intern debat‘, zegt Gretlein. ’Het zou kunnen, daar bestaat geen twijfel over: het wordt gecompileerd, het is objectgeoriënteerd, het heeft alle eigenschappen van een informaticagereedschap. Maar we denken echt dat we de meeste waarde toevoegen in engineering en wetenschap. We voegen al dit IP toe, de verbinding met de hardware is ongeëvenaard. Daar zie je mensen echt direct maanden werk besparen. Dat gezegd hebbende, zijn er een hoop klanten die allerlei gekke dingen doen met Labview. We hebben een klant die het gebruikt voor een facturatietoepassing zonder er enige hardware aan te koppelen. We kijken nu ook of we Labview kunnen inzetten voor programmeercursussen op universiteiten. Niet per se als taal die je voor elke cursus zou gebruiken, maar in de programming 101-achtige omgevingen denk ik dat studenten een stuk sneller zullen leren als het visueel is.‘

Tijdens een van de keynotes liet het bedrijf ook zien hoe Labview van een andere trend kan profiteren: aanraakschermen. ’Al die nieuwe bizarre technologieën, dat moet onderdeel worden van hoe je systemen ontwikkelt‘, vertelt Gretlein. ’Minority Report gaat er komen, het is echt heel geschikt. En Labview past daar perfect bij. Die trend had niemand kunnen voorspellen, met multitouch en zoomen en dergelijke. Ook dom geluk.‘