Chip komputer yang dapat dikonfigurasi ulang menciptakan solusi pengukuran lengkap untuk lab

Sebagian besar karir penelitian Anda berfokus pada penggunaan optik untuk mengukur variasi kecil dalam gravitasi, termasuk gelombang gravitasi. Bisakah Anda menggambarkan pekerjaan akademik Anda?

Minat penelitian utama saya adalah metrologi optik dan saya telah mengerjakannya LIGO dan LISA detektor gelombang gravitasi. Saya adalah orang yang sangat berorientasi pada tujuan dan saya sangat tertarik dengan tantangan pengukuran deteksi gelombang gravitasi yang besar ketika saya mulai bekerja di lapangan sebagai mahasiswa pascasarjana pada tahun 1996. Sepertinya masalah yang sangat sulit:  bagaimana Anda membuat alat pengukur paling sensitif di dunia? Saya bekerja dengan ratusan peneliti lain, yang menurut saya membuat kami semua merasa tidak terlalu gila. Sangat menyenangkan ketika gelombang gravitasi terdeteksi oleh LIGO pada tahun 2015.

Selama awal karir saya, saya menjadi sangat tertarik pada aspek pemecahan masalah pengukuran. Kami telah menghabiskan begitu banyak waktu dan upaya untuk membangun teknologi LIGO, dan saya mulai berpikir tentang bagaimana kami dapat membaginya dengan seluruh dunia untuk memecahkan tantangan pengukuran lainnya. Itulah yang mendorong saya untuk melihat lebih dalam untuk memahami teknologi pengukuran pada tingkat yang sangat mendasar dan ilmiah.

Anda mendirikan Liquid Instruments pada tahun 2014 karena Anda frustrasi dengan kurangnya inovasi dalam industri pengujian dan pengukuran. Apa masalah dengan kit yang ditawarkan saat itu?

Ini adalah salah satu industri yang tidak berubah selama beberapa dekade. Orang yang menggunakan osiloskop pada tahun 1970-an atau bahkan 1960-an akan menemukan instrumen modern yang familiar. Alat uji tidak mengikuti cara kami berinteraksi dengan teknologi – tidak menyenangkan untuk digunakan. Begitu banyak industri lain yang telah meningkatkan dan mengadaptasi produk mereka dengan mempertimbangkan teknologi digital modern. Hal itu menyadarkan saya bahwa jika kita meningkatkan cara orang berinteraksi dengan peralatan mereka, hal itu akan meningkatkan kehidupan mereka di lab.

Sekitar waktu itu, penelitian gelombang gravitasi saya beralih dari detektor berbasis darat seperti LIGO ke detektor berbasis ruang angkasa seperti Lisa pencari jalan. Ini berarti kami harus mengubah cara kami melakukan pengukuran. LIGO memiliki sekitar 100,000 saluran pengukuran dan membutuhkan sepasukan mahasiswa pascasarjana dan pascadoktoral untuk membuatnya tetap aktif. Anda tidak dapat melakukannya di luar angkasa, jadi tantangannya adalah menciptakan jenis sistem pengukuran baru yang dapat diluncurkan dengan roket dan beroperasi dari jarak jauh selama satu dekade. Kami menyadari bahwa kami harus beralih dari pendekatan fisik terprogram untuk pengujian dan pengukuran menuju sistem berbasis komputer yang menggunakan perangkat lunak cerdas.

Apakah itu ketika Anda mulai menggunakan chip komputer field-programmable gate array (FPGA)?

Ya. Masalah dengan mencoba melakukan pengujian dan pengukuran dengan komputer konvensional adalah komputer tersebut tidak memiliki koneksi fisik ke dunia nyata yang diperlukan untuk melakukan pengukuran yang akurat. Tapi ada chip komputer jenis baru yang pernah saya dengar saat di Caltech pada akhir 1990-an – FPGA. FPGA adalah komputer yang dapat dikonfigurasi ulang sepenuhnya dan dipasang kembali dalam sepersekian detik. FPGA tampak seperti platform yang berguna untuk menggabungkan dunia komputer dengan dunia perangkat keras dan membuat sesuatu yang lebih besar dari jumlah bagian-bagiannya.

Kami menyadari bahwa kami dapat menggunakan FPGA untuk menggantikan sebagian besar instrumentasi konvensional termasuk osiloskop, penganalisis spektrum, generator sinyal, dan amplifier pengunci. Ada puluhan, atau mungkin lebih dari 100 jenis perangkat berbeda yang dapat dibuat menggunakan FPGA. 

Moku-Pro dapat menjalankan banyak instrumen sekaligus, yang mana mampu berkomunikasi satu sama lain 

Apa keuntungan dari pendekatan FPGA?

Kami telah mulai menggunakan FPGA untuk membuat pengukur fase untuk detektor gelombang gravitasi LISA. Kami tidak memilih arsitektur berbasis FPGA karena fleksibilitasnya. Kami memilihnya pada saat itu karena itulah satu-satunya cara kami mendapatkan performa yang dibutuhkan oleh LISA.

Namun, kami segera menyadari bahwa kami dapat mengonfigurasi ulang FPGA untuk dijalankan sebagai osiloskop, atau mungkin sebagai penganalisa spektrum. Yang terpenting, kami menyadari bahwa pendekatan ini memiliki banyak keuntungan. Itu berarti kami tidak harus pergi dan berjuang untuk mendapatkan peralatan dengan peneliti lain di laboratorium tempat kami hanya memiliki satu penganalisa spektrum. Ini juga berarti bahwa kami dapat menjalankan eksperimen dari jarak jauh karena kami tidak perlu mencolokkan atau mencabut kabel secara fisik untuk mengganti instrumen. 

Manfaat penting lainnya dari pendekatan FPGA kami adalah kami dapat menggunakan perangkat lunak untuk menyesuaikan instrumen agar melakukan apa yang kami inginkan. Jika kami ingin mengganti filter pada amplifier pengunci kami, misalnya, kami tidak perlu membuka kotaknya dan mengeluarkan besi solder. 

Kami dapat membuat berbagai macam instrumen dengan satu perangkat. Dan karena perangkat itu sangat berguna, kami berupaya merancangnya dengan standar tinggi. Kami mulai meminjamkan instrumen kami kepada kolega kami di seluruh dunia, dan kami menyadari bahwa mereka tidak akan pernah mengembalikannya. Mereka akan menolak mengembalikannya. Dan kami berpikir, "Oh, itu menarik."

Apakah saat itu Anda menyadari potensi komersial dari pendekatan FPGA? 

Ya, pendekatan yang ditentukan perangkat lunak kami memberi kami fleksibilitas, skalabilitas, dan kemampuan untuk ditingkatkan. Teknologinya berkembang pesat, dan jelas bagi saya bahwa itu akan mendominasi industri pengujian dan pengukuran dalam lima atau 10 tahun. Pada saat yang sama, industri komputasi berfokus pada peningkatan pengalaman pengguna dan ini membuat kami menyadari bahwa kami memiliki produk yang sangat menarik.

Jadi, Anda meluncurkan produk pertama Anda, Moku:Lab pada tahun 2016. Seperti apa rasanya?

Kami merilis Moku:Lab sebagai produk minimum kami yang layak dan memiliki tiga instrumen di dalamnya: sebuah osiloskop; penganalisa spektrum; dan pembangkit gelombang. Saat ini pengguna pertama tersebut sekarang dapat menjalankan 12 instrumen hanya dengan memperbarui aplikasi di iPad. Pendekatan ini menjadi umum di seluruh sektor teknologi – produk yang menjadi lebih baik dari waktu ke waktu. Ini tidak seperti alat uji konvensional, yang tidak dapat ditingkatkan dengan mudah begitu Anda membelinya.

Bagaimana Moku:Lab pertama kali diterima? 

Ketika kami memulai perusahaan, tim saya dan saya memiliki reputasi yang cukup baik dalam mengembangkan instrumentasi. Jadi daripada ditolak, orang-orang berpikir, "Ada beberapa orang yang cukup serius di balik Liquid Instruments, dan jika menurut mereka itu adalah ide yang bagus, mungkin ada baiknya untuk melihat kedua kalinya". Reputasi awal kami sangat kuat di pasar universitas karena saya adalah profesor fisika di ANU, yang merupakan universitas peringkat teratas. 

Kami menemukan bahwa fisikawan dan insinyur eksperimental adalah kelompok yang condong ke depan dan bersedia mencoba teknologi baru. Ini cenderung menjadi orang-orang yang pertama kali mengadopsi teknologi pribadi baru di antara teman-teman mereka – atau sebagai anak-anak mereka mungkin bertugas memprogram pengatur waktu VCR keluarga. Kami memiliki sejumlah besar pendukung di masa-masa awal yang langsung melihat manfaat potensial dari pendekatan kami dan menyadari bahwa usaha pertama kami tidak akan sempurna.

Saat kami memasuki pasar baru, kami menemukan bahwa sektor yang berbeda memiliki selera risiko yang berbeda saat mengadopsi teknologi baru. Juga, ada beberapa psikologi yang sangat menarik yang terlibat ketika orang menemukan teknologi baru. Kami mengetahui hal ini saat merilis instrumen baru pertama untuk Moku:Lab – yang menyertakan pengukur fase dan amplifier pengunci. Kami menjual perangkat pada saat itu seharga $5000 dan kami mendengar dua hal yang sangat berbeda. Yang pertama adalah, "Saya tidak menggunakan semua instrumen ini, jadi saya ingin diskon." Kelompok orang kedua berkata kepada kami, “Ya ampun, ini nilai yang luar biasa. Jika Anda benar-benar menyediakan semua instrumen ini dengan harga itu, itu tidak akan terlalu bagus. Mereka semua pasti sampah.” 

Jadi, kami akhirnya membuat versi Moku:Lab yang lebih murah, yang memiliki lebih sedikit instrumen, dan kami membuat versi yang lebih mahal, yang kini hadir dengan 12 instrumen. Secara komersial, ini ternyata menjadi salah satu keputusan terbaik yang kami buat. 

Salah satu versi tersebut dirancang untuk digunakan di laboratorium sarjana. Bagaimana pasar itu muncul? 

Kami melihat bahwa banyak orang menggunakan Moku:Lab asli di lab sarjana, tetapi tidak pernah benar-benar dirancang untuk aplikasi tersebut – harganya terlalu mahal dan kinerjanya terlalu tinggi. Tetapi universitas menemukan bahwa siswa sangat menikmati menggunakannya. Mereka menganggapnya menarik, menarik, dan tidak mengintimidasi untuk digunakan karena berbicara dengan cara mereka berinteraksi dengan perangkat teknologi pribadi. Kelebihan lainnya adalah Moku:Lab menyederhanakan pengukuran di lab dan oleh karena itu memungkinkan siswa untuk fokus pada konsep yang seharusnya mereka pelajari.

Namun, versi aslinya terlalu mahal sehingga kami merilis Moku:Go tahun lalu. Harganya sekitar $600 dan menggantikan bangku sarjana di laboratorium teknik elektro atau fisika pada umumnya. Ini benar-benar sukses dan kami telah menjual lebih banyak Moku:Gos daripada penjualan Moku:Labs dalam sejarah perusahaan. Kami percaya ini memiliki potensi untuk mendemokratisasi pendidikan ilmiah di seluruh dunia dan meningkatkan pengalaman siswa. Memang, siswa telah menulis kepada kami mengatakan bahwa mereka tidak menikmati atau memahami pekerjaan lab mereka sampai mereka mulai menggunakan Moku:Go – yang sangat memuaskan. 

Anda juga telah merilis Moku:Lab versi high-end

Sejak 2016 kami telah memperoleh banyak pengalaman, kami adalah perusahaan yang jauh lebih besar, dan kami memiliki lebih banyak kecakapan teknik dalam tim. Itu memungkinkan kami untuk meluncurkan produk andalan baru kami, Moku: Pro. Ini adalah produk yang kami harap dapat kami buat di awal, tetapi kami hanya membutuhkan sedikit waktu untuk sampai ke sana. Itu dapat bersaing dengan instrumen kelas atas termasuk osiloskop dan itu benar-benar telah menunjukkan kepada orang-orang apa yang akan terjadi di masa depan untuk pengujian dan pengukuran.

Kami telah mengambil keuntungan dari fakta bahwa FPGA menjadi semakin besar dari waktu ke waktu. Moku:Lab dirancang untuk dijalankan sebagai satu instrumen pada satu waktu – dan paling banter mungkin dapat menjalankan beberapa instrumen secara bersamaan di masa mendatang. FPGA di Moku:Pro adalah 10 kali ukuran chip di Moku:Lab dan ini berarti kita dapat membaginya menjadi beberapa bagian. Alih-alih hanya menjalankan satu instrumen, ia dapat menjalankan banyak instrumen sekaligus. 

Terlebih lagi, instrumen ini dapat berkomunikasi satu sama lain menggunakan sinyal bandwidth tinggi, lossless, dan latensi rendah yang tidak pernah meninggalkan chip. Moku: Pro secara efektif merupakan alternatif untuk sistem PXI dan VXI besar yang saat ini ada di mana-mana di laboratorium kelas atas serta fasilitas teknik dan manufaktur di seluruh dunia.

Hal pertama lainnya bagi kami adalah pengguna Moku:Pro dapat memprogram FPGA dengan instrumen mereka sendiri menggunakan alat sederhana yang kami sediakan. Yang Anda butuhkan hanyalah browser web – tidak perlu menginstal perangkat lunak – dan Anda dapat membuat instrumen sendiri dari awal, lalu menjalankannya di lab dalam hitungan menit. Itu benar-benar membuka mata orang-orang terhadap kemungkinan bahwa mereka dapat menggunakan Moku:Pro untuk membuat solusi pengukuran yang mereka butuhkan.