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承接四十年的底蕴,NI美国国家仪器展望在半导体测试领域续写辉煌
- 2020-12-04-

        对现代电子产业的工程师和科学家来说,在项目开发的过程中能够观察、清楚并控制包括电压、电流、功率、维度、压力、速度在内的各方面参数对他们来说有重要的意义。为了满足这种需求,市场上涌现了万用表、信号发生器、示波器和频谱分析仪等多个类型的仪器。

        但随着技术和产品的快速演进,系统复杂性提升,尤其是软件定义技术的兴起引致系统快速升级,为专用功能测试设计专用仪器来测试、测量的方法显得有些力不从心。这时候那些可定义、可编程、模块化的仪器就成为市场的宠儿,这正是NIGPIB NILABVIEW(国家仪器,后面简称NI)一直所专注的。

        1976年,来自美国得克萨斯州大学奥斯汀分校应用研究实验室的詹姆斯·楚查德博士、比尔·诺林和杰夫·科多斯基三人在詹姆斯·楚查德家的车库里成立了一家专注于提升数据收集和分析的公司,这就是后来闻名于世的NI。

        据NI中华区销售经理Andy Luk介绍,NI成立早期主要是从事GPIB(General Purpose Interface Bus,也就是通用接口总线)接口相关业务。

        所谓GPIB,也就是IEEE488,这是一种从惠普HP-IB演进而来的短程通信总线技术。在1960年代,为了把计算机自动控制技术融入电子测量之中,IEEE就将其纳入并创建了这个规范。NI的业务就是基于这个接口把测试测量板卡接到高性能电脑上,提高测试精度和简化操作。

GPIB接口

        “早期做测试测量的时候,显示结果需要手抄,会导致很多人为错误,效率也不高。有见及此,NI就开发出了GPIB板卡,测试者可以将其插到高性能电脑里,借助这个板卡将不同的仪表仪器连接到电脑,然后在上面做记录、分析,大大提高了测试测量的便利性和精度,也让NI挖到了第一桶金,这就是NI的第一代产品”,Andy Luk告诉“半导体行业观察”的记者。

        在此之后,技术不断进步,NI业务也迅猛发展,产品同步扩充,例如在1980年,NI为客户开发了波形发生器。公司销售额在1981年也达到了100万美元,但是NI不满足于此,继续探索未来的可能。这也推动NI第二代产品的诞生。

        Andy Luk指出,随着科技的发展,当时的电脑和测试测量仪器的构造已经非常相近,差别就在于前者缺乏必要的测试测量零部件。于是NI就基于电脑开发出了一些测量零部件,把一台普通的电脑打造成测试测量仪器,这就是NI的第二代产品,也是他们的另一个发展动力。

        到了1986年,NI还基于苹果机环境下的图形开发系统打造出LabVIEW这个革命性的软件平台。这款软件的出现,让工程师和科学家可以生动的采用“电线”进行编程,而不需要像之前那样基于代码来输入文字,大大提升了开发效率,这使得LabVIEW一经发布便大受欢迎。

        次年,基于DOS环境的LabVIEW新版本LabWindows发布。伴随这款如今已成为旗舰的产品面市,NI提出了“软件就是仪器”的口号,开辟了虚拟仪器这一全新的概念,并一直沿用至今。

        紧接着,随着软件发展的成熟稳定,NI也发现其产品不但能够被应用到实验室,还可以在航天、汽车、研究院等多个领域提供帮助。再加上电脑的家用化发展,导致插槽减少,可扩展程度降低,且不适合工业场所使用。

        有见及此,NI和合作伙伴一起打造了一个叫做PXI的平台,利用“电脑”的PCI接口,将一些仪器需要的功能加上去,打造成一台高端的测试测量设备。由于PXI平台需要实现多种功能,因此就需要更多的插槽,以容纳更多的PXI模块,提高扩展性。NI和PXI联盟里面的厂商都可以应客户需求提供PXI模块,提高测试的灵活性。

        经过41年的发展,现在的NI拥有了包括测量、自动化和控制在内的软、硬件产品线,产品也被广泛应用到汽车、自动测试设备、消费电子、计算机、半导体和教育等多个领域,实现开发、测试、仿真和建模等功能。里面灵活和功能化的配置让他们备受欢迎,业绩也表现喜人。

        2016年,NI全球营收达到12.28亿美元,毛利率高达74.5%。截止2016年年底,公司全球员工也高达7552人。回顾NI的发展历程,这是在专注的基础上顺势而为成就的辉煌。

        做测试测量仪器的厂商不少,做相应软件开发的厂商也很多,NI这么些年能够一直跟上时代的需求,并在客户心目中拥有重要的地位,除了优质的服务外,NI的软硬件产品组合构成更是他们的护城河。

        Andy Luk指出,NI的强处在于拥有发展良好的软件和硬件,这让他们获得了客户的高度认可。

        例如NI 拥有经营超过三十年的软件LabVIEW,经过多年的客户反馈和行业需求推进,这个产品变成了一个比较完整的开发环境。这是业界少有的,也是竞争对手很难模仿的。另外,NI的PXI平台也有了20年的历史,软硬件结合的生态优势是得天独厚的。这一切都得益于NI每年在研发上的投入,根据Andy Luk介绍,NI每年会将其营收的16%到18%投入到研发上面,这并不是每个公司都能做得到的。NI这么大的投入,都是为了从销售、应用、服务和反馈等多方面给客户带来更好的体验,Andy强调。

        依赖于自身的软硬件平台优势,NI也一直致力于探索一些新的合作方向。根据Andy Luk的观点,NI如果想走得远,就不能依赖于一个平台/软件或应用领域,于是公司一直致力于观察,寻找更多有潜力的方向。半导体测试是他们现在的新目标。他表示,随着物联网和5G等新应用的兴起,带动了更多碎片化的需求,传统的测试平台并不能解决这些问题,但基于他们PXI平台的灵活性,这个可以迎刃而解。于是他们近年来将很多的精力投入在其中。

        这些年来,NI在RF,半导体,汽车应用测试,消费电子,高校等多方面都有投入。

        Andy Luk指出,在不同领域的扩展并不是NI自己的功劳,合作伙伴的贡献也功不可没。他强调NI不能做所有的东西,很多东西需要第三方来协助。这和NI当时与合作伙伴一起打造PXI联盟的想法如出一辙。

        在这些运营理念的推动下,NI没有一个客户的营收超过总收入的3%,也没有任何一个领域的营收超过总收入的15%。但NI却在涉及的多个领域制造了不小的影响力,也帮助不少企业创新。

        在今年的NI Week上,超级高铁项目Heperloop ONE和私人太空公司Blue Origin的相关负责人相继登台,讲述了NI产品对他们创新的帮助。至于现在当红的5G,NI更是不在话下。

        从2010年开始,NI就与多个设备商和研究院所合作,推动5G相关技术的深入合作,并推出了原型样机和软件参考设计平台,提前布局未来的5G验证和测试。

        前面提到,NI看到了半导体测试领域的新机会,并在其中取得了不错的成绩。在笔者看来,这无疑会侵蚀传统ATE的一部分市场。

        在笔者问到关于这个观点看法时候,NI大中华区半导体业务拓展经理何为女士表示:“NI的半导体测试系统(Semiconductor Test System,后面简称STS)是针对特定市场做的产品,并不是和传统ATE竞争,STS的存在只是对ATE的补充”。这里说的特定市场就是指物联网和RF这两个市场。

        近年来,火热的物联网市场带来的庞大需求吸引了上游半导体供应商的眼光,但由于终端的碎片化极其严重,导致多样化的需求层出不穷,再加上单品市场量不会非常庞大,对供应商来说,挑战异常严峻。以半导体测试来说,传统ATE供应商在这样的碎片化“小市场”中掣肘颇多,而这正是NI STS所擅长的。

        据何为女士介绍,在过去,特定市场的客户直接将NI的软件平台TestStand和硬件平台PXI应用到半导体测试中,能够很好的满足他们的需求,但客户需要自己完成很多的定制化工作。而STS 的面世,将最后的软件及硬件的集成化工作大大简化,缩短了新产品的量产测试开发时间。

        这个同样是基于PXI硬件平台打造的测试系统集成了PXI的灵活性,能够通过简易的模块替换或者增减来满足客户测试多样化的需求。另外,也实现了实验室和产线的统一性,能够大大提升客户的测试效率。

        从何为女士的介绍中我们得知,在过往,实验室测试的数据不能直接应用到量产线上,中间需要花费很多的时间去匹配,这就严重影响了产品的测试效率。NI的STS能够完美解决实验室和量产线上的兼容问题。NI是为数不多的能够覆盖实验室和量产线,且能完美解决这个问题的供应商。

        另外,何为女士认为,SiP封装也会给NI的STS带来新的机会。她指出,现在SiP的流行,使得一个芯片封装内会有非常多的元件,也包括集成化无源器件(IPD)。对这些器件的测试要求也被提高了,很多需要在wafer上完成。如果用传统的ATE测试,成本会很贵,STS的灵活性优势再次凸显。

        “多样化、定制化的SiP测试能够给我们带来新的机会,我们将会致力于提高测试效率,并将平台推向多个用户之间复用,这个项目正在大厂里推进”,何为强调。

        何为女士表示,NI开放、灵活的STS平台能够轻易开发出针对新应用的解决方案,让客户在有需求的时候,能够快速实现,大大提升了他们的效率。在笔者看来,正是这种特性,才能让NI数十年来一直为客户所认可。

        和NI一起迎接新时代吧。