Ümberkonfigureeritavad arvutikiibid loovad labori jaoks kõik-ühes mõõtmislahenduse

Suur osa teie teadlaskarjäärist on keskendunud optika kasutamisele gravitatsiooni väikeste variatsioonide, sealhulgas gravitatsioonilainete mõõtmiseks. Kas saate kirjeldada oma akadeemilist tööd?

Minu peamised uurimishuvid on optiline metroloogia ja olen töötanud selle kallal LIGO ja LISA gravitatsioonilainete detektorid. Olen väga eesmärgile orienteeritud inimene ja mind köitsid gravitatsioonilainete tuvastamise suured mõõtmisprobleemid, kui asusin 1996. aastal magistrandina sellel alal tööle. See tundus võimatult keeruline probleem:  kuidas teha maailma kõige tundlikumat mõõtmisseadet? Ma töötasin koos sadade teiste teadlastega, mis minu arvates muutis meid kõiki pisut vähem hulluks. Oli väga rõõmustav, kui LIGO 2015. aastal gravitatsioonilaineid tuvastas.

Oma karjääri alguses tundsin suurt huvi mõõtmise probleemide lahendamise aspektid. Olime kulutanud nii palju aega ja vaeva LIGO tehnoloogia ehitamisele ning hakkasin mõtlema, kuidas saaksime seda ülejäänud maailmaga jagada, et lahendada muid mõõtmisprobleeme. See ajendas mind sügavamalt uurima mõõtmistehnoloogia mõistmist väga fundamentaalsel teaduslikul tasandil.

Asutasite Liquid Instrumentsi 2014. aastal, kuna olite pettunud innovatsiooni puudumise pärast testimis- ja mõõtmistööstuses. Millised probleemid olid sel ajal pakutava komplektiga?

See on üks neist tööstusharudest, mis pole muutunud palju-palju aastakümneid. Inimestele, kes kasutasid 1970ndatel või isegi 1960ndatel ostsilloskoopi, on tänapäevased instrumendid tuttavad. Testimisseadmed ei olnud meie tehnoloogiaga suhtlemisega sammu pidanud – seda polnud lõbus kasutada. Nii paljud teised tööstusharud olid täiustanud ja kohandanud oma tooteid kaasaegsete digitehnoloogiate valguses, see pani mind mõistma, et kui me parandaksime seda, kuidas inimesed oma seadmetega suhtlevad, parandaks see nende elu laboris.

Umbes sel ajal liikus minu gravitatsioonilainete uurimine maapealsetest detektoritest, nagu LIGO, kosmosedetektoritest, nagu LISA Rajaleidja. See tähendas, et pidime mõõtmisviisi muutma. LIGO-l on umbes 100,000 XNUMX mõõtmiskanalit ja selle ümisemiseks on vaja kraadiõppurite ja järeldoktorite armeed. Kosmoses seda teha ei saa, nii et väljakutseks oli luua uut tüüpi mõõtesüsteem, mida saaks raketiga käivitada ja kümme aastat eemalt juhtida. Saime aru, et peame liikuma füüsiliselt ja juhtmega testimise ja mõõtmise meetodilt intelligentset tarkvara kasutava arvutipõhise süsteemi poole.

Kas see oli siis, kui hakkasite programmeeritava värava massiivi (FPGA) arvutikiipe kasutama?

Jah. Tavalise arvutiga katsetamise ja mõõtmise probleem seisneb selles, et sellel puuduvad füüsilised ühendused reaalse maailmaga, mida on vaja täpsete mõõtmiste tegemiseks. Kuid seal oli uut tüüpi arvutikiip, millest olin kuulnud Caltechis 1990ndate lõpus – FPGA. FPGA on arvuti, mida saab sekundi murdosa jooksul täielikult ümber konfigureerida ja uuesti ühendada. FPGA tundus olevat kasulik platvorm arvutimaailma ja riistvara maailma ühendamiseks ja millegi tegemiseks, mis on suurem kui selle osade summa.

Mõistsime, et saame FPGA-d kasutada suure hulga tavapäraste instrumentide, sealhulgas ostsilloskoopide, spektrianalüsaatorite, signaaligeneraatorite ja lukustusvõimendite asendamiseks. FPGA-de abil saab luua kümneid või võib-olla isegi rohkem kui 100 erinevat tüüpi seadmeid. 

Moku-Pro suudab korraga käivitada palju instrumente, mis suudavad omavahel suhelda 

Millised on FPGA lähenemisviisi eelised?

Olime hakanud kasutama FPGA-sid, et luua LISA gravitatsioonilainete detektori faasimõõtur. Me ei valinud FPGA-põhist arhitektuuri selle paindlikkuse tõttu. Me valisime selle omal ajal, sest see oli ainus viis saavutada LISA nõutud jõudlus.

Siiski mõistsime kiiresti, et saame FPGA-d ümber konfigureerida, et see töötaks ostsilloskoobina või võib-olla spektrianalüsaatorina. Oluline on see, et märkasime, et sellel lähenemisviisil on palju eeliseid. See tähendas, et me ei pidanud teiste teadlastega laboris, kus meil oli ainult üks spektrianalüsaator, varustuse pärast võitlema. See tähendas ka seda, et saime katseid teha kaugjuhtimisega, sest me ei pidanud seadmete vahetamiseks kaableid füüsiliselt sisse ega lahti ühendama. 

Teine meie FPGA-lähenemise oluline eelis on see, et saime kasutada tarkvara instrumentide kohandamiseks, et need saaksid teha täpselt seda, mida soovisime. Kui tahtsime näiteks oma lukustusvõimendi filtrit vahetada, ei pidanud me karpi lahti lööma ja jootekolbi välja tooma. 

Ühe seadmega saaksime luua tohutult erinevaid instrumente. Ja kuna see seade oli uskumatult kasulik, püüdsime selle kõrgel tasemel konstrueerida. Hakkasime oma instrumente laenutama kolleegidele üle maailma ja märkasime, et nad ei anna neid kunagi tagasi. Nad keeldusid neid tagastamast. Ja me mõtlesime: "Oh, see on huvitav."

Kas siis mõistsite FPGA lähenemisviisi kaubanduslikku potentsiaali? 

Jah, meie tarkvarapõhine lähenemine andis meile paindlikkuse, mastaapsuse ja täiendatavuse. Tehnoloogia paranes kiiresti ja mulle oli selge, et see domineerib testimis- ja mõõtmistööstuses viie või kümne aasta pärast. Samal ajal keskendus arvutitööstus kasutajakogemuse parandamisele ja see pani meid mõistma, et meil on tõeliselt mõjuv toode.

Nii et lansseerisite oma esimese toote Moku:Lab 2016. aastal. Milline see oli?

Väljastasime Moku:Labi kui meie minimaalse elujõulise toote ja sellel oli kolm instrumenti: ostsilloskoop; spektrianalüsaator; ja lainekuju generaator. Täna saavad need esimesed kliendid juhtida 12 instrumenti, värskendades lihtsalt iPadi rakendust. Selline lähenemine on muutumas tavaliseks kogu tehnoloogiasektoris – tooted, mis muutuvad aja jooksul paremaks. See on erinevalt tavapärastest katseseadmetest, mida ei saa pärast ostmist lihtsalt uuendada.

Kuidas Moku:Lab esmakordselt vastu võeti? 

Kui me ettevõtte asutasime, oli minu meeskonnal ja minul instrumentide arendamisel üsna hea maine. Nii et selle asemel, et neid vallandataks, arvasid inimesed: "Liquid Instrumentsi taga on üsna tõsised inimesed ja kui nad peavad seda heaks ideeks, siis tasub ilmselt uuesti vaadata." Meie esialgne maine oli ülikooliturul eriti tugev, kuna olin ANU, mis on kõrgeima reitinguga ülikool, füüsikaprofessor. 

Leidsime, et eksperimentaalfüüsikud ja insenerid on ettepoole suunatud kamp ja on valmis katsetama uusi tehnoloogiaid. Need on tavaliselt inimesed, kes võtavad oma sõprade seas esimestena kasutusele uued isiklikud tehnoloogiad – või lapsena vastutasid nad tõenäoliselt pere videomaki taimeri programmeerimise eest. Meil oli algusaegadel palju toetajaid, kes nägid kohe meie lähenemise võimalikke eeliseid ja mõistsid, et meie esimene katse ei saa olema täiuslik.

Uutele turgudele sisenedes avastasime, et erinevatel sektoritel on uute tehnoloogiate kasutuselevõtul erinev riskivalmidus. Samuti on inimeste jaoks uute tehnoloogiatega seotud väga huvitav psühholoogia. Avastasime selle, kui andsime Moku:Labi jaoks välja esimesed uued instrumendid – mis sisaldasid faasimõõtjat ja lukustusvõimendit. Müüsime seadet sel ajal 5000 dollari eest ja kuulsime kahte väga erinevat asja. Esimene oli: "Ma ei kasuta kõiki neid instrumente, seega tahaksin allahindlust." Teine rühm inimesi ütles meile: "Oh, jumal, see on lihtsalt hämmastav väärtus. Kui pakute tõesti kõiki neid instrumente selle hinnaga, ei saa need olla väga head. Need peavad kõik olema prügi." 

Seega tegime Moku:Labist odavama versiooni, millel oli vähem instrumente, ja tegime kallima versiooni, mis on nüüd varustatud 12 instrumendiga. Äriliselt osutus see üheks parimaks otsuseks, mille me tegime. 

Üks neist versioonidest on mõeldud kasutamiseks bakalaureuseõppe laborites. Kuidas see turg tekkis? 

Märkasime, et paljud inimesed kasutasid algset Moku:Labi bakalaureuseõppe laborites, kuid see polnud kunagi selle rakenduse jaoks mõeldud – see oli liiga kallis ja liiga kõrge jõudlusega. Kuid ülikoolid leidsid, et õpilastele meeldis selle kasutamine väga. Nende arvates oli selle kasutamine kaasahaarav, mõjuv ja hirmutamatu, kuna see rääkis nende suhtlemisviisist isiklike tehnoloogiliste seadmetega. Teine pluss oli see, et Moku:Lab lihtsustas laboris mõõtmist ja võimaldas seetõttu õpilastel keskenduda mõistetele, mida nad pidid õppima.

Algne versioon oli aga liiga kallis, nii et tulime eelmisel aastal välja Moku:Goga. See maksab umbes 600 dollarit ja see asendab tavalises elektrotehnika- või füüsikalaboris terve bakalaureuseõppe lauaplaadi. See on olnud tõeline hitt ja oleme ettevõtte ajaloo jooksul müünud ​​juba rohkem Moku:Gosid kui Moku:Labsi. Usume, et sellel on potentsiaali demokratiseerida teadusharidust kogu maailmas ja parandada õpilaste kogemusi. Tõepoolest, õpilased on meile kirjutanud, öeldes, et nad ei nautinud ega mõistnud oma laboritööd enne, kui nad hakkasid Moku:Go kasutama – see on väga rõõmustav. 

Olete välja andnud ka Moku: Labi tipptasemel versiooni

Alates 2016. aastast oleme omandanud palju kogemusi, oleme palju suurem ettevõte ja meil on meeskonnas palju rohkem insenerivõimeid. See on võimaldanud meil turule tuua meie uue lipulaeva Moku:Pro. See on toode, mida soovisime alguses teha, kuid selleni jõudmiseks kulus meil veidi aega. See suudab konkureerida tipptasemel instrumentidega, sealhulgas ostsilloskoopidega, ja see on tõesti näidanud inimestele, milline on tulevik katsete ja mõõtmiste osas.

Oleme kasutanud ära asjaolu, et FPGA-d muutuvad aja jooksul aina suuremaks. Moku:Lab on loodud töötama ühe instrumendina korraga – ja parimal juhul võib see tulevikus töötada paari instrumendiga samaaegselt. Moku:Pro FPGA on 10 korda suurem kui Moku:Labi kiip ja see tähendab, et saame selle jagada mitmeks osaks. Selle asemel, et töötada ainult üks instrument, võib see käivitada mitu instrumenti korraga. 

Veelgi enam, need instrumendid saavad üksteisega suhelda, kasutades suure ribalaiusega, kadudeta ja madala latentsusajaga signaale, mis ei lahku kunagi kiibist. Moku:Pro on tõhus alternatiiv suurtele PXI- ja VXI-süsteemidele, mis on praegu tipptasemel laborites ning inseneri- ja tootmisrajatistes kõikjal maailmas.

Teine esimene asi meie jaoks on see, et Moku:Pro kasutajad saavad programmeerida FPGA-d oma instrumentidega, kasutades meie pakutavaid lihtsaid tööriistu. Kõik, mida vajate, on veebibrauser – tarkvara pole vaja installida – ja saate luua oma instrumendi nullist ning seejärel panna see mõne minutiga laboris tööle. See on tõesti avanud inimeste silmad võimalusele, et nad saavad Moku:Pro abil luua täpselt sellise mõõtmislahenduse, mida nad vajavad.