當邊緣運算晶片走進儀器前端

【作者：王岫晨】

透過FPGA與NPU的雙重防線，現代量測設備成功在最前線截斷了龐大的數據海嘯，將傳統的「採集後分析」轉變為「在採集的瞬間即完成洞察」。

隨著5G/6G高頻通訊、先進封裝（CoWoS）以及車用電子系統的複雜度衝向物理極限，現代自動化產線對量測儀器的要求，早已超越了單純的「精準」，而必須兼顧「毫秒級的即時回應」。

當示波器、訊號分析儀的取樣率動輒推向數百GS/s，前端類比數位轉換器（ADC）噴發出的數據量形同海嘯。如果依循舊有架構將數據全數拋給中央處理器（CPU）運算，系統將因嚴重的運存瓶頸與傳輸延遲而瞬間癱瘓。

為了打贏這場時間與頻寬的保衛戰，是德科技（Keysight）、羅德史瓦茲（R&S）、安立知（Anritsu）與固緯電子（GW Instek）等全球量測儀器龍頭，近年正掀起一場深刻的內部硬體架構革命：透過現場可程式化邏輯閘陣列（FPGA）與神經網路處理單元（NPU）的異質整合，讓數據在採集的現場「就地處理」。

類比前端與CPU之間的「數據斷層」

在傳統數位量測儀器的設計架構中，訊號的流向相對線性。天線或探針擷取到的類比訊號，經過前端放大器與衰減器調整後，由ADC轉換為數位點陣數據，隨後透過系統匯流排（Bus）送入高速快取，最終由主控CPU或數位訊號處理器（DSP）執行軟體演算法（如傅立葉轉換、濾波解調），並在螢幕上呈現波形。

然而，當面對次世代高頻元件的量測需求時，這種架構隨即撞上物理邊界。以一個採集10 GHz頻寬、8-bit解析度的數位示波器工作站為例，其ADC每秒鐘產生的原始數據量高達數十GB。

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