NI positioneert Labview als centrale omgeving voor systeemontwerp

5 mei 2009

Labview als centrale gereedschapskist voor embedded ontwikkeling, dat is sinds een jaar of vijf de inzet van National Instruments. De sterkte van Labview, zegt sales- en marketingdirecteur Pete Zogas, is dat ingenieurs tijdens het ontwerpproces ook echt in contact zijn met de fysische wereld. ‘Modellen kunnen bruikbaar zijn, maar ze kunnen ook je handen binden.’

Pete Zogas is de senior vicepresident sales and marketing bij National Instruments. Hij is de man die technologie vertaalt naar de markt. Hij is ook de man die de markt duidelijk moet maken waar NI’s tooling toe in staat is. Als opperhoofdverkoper reist hij gemiddeld een week per maand de wereld af om klanten te bezoeken en contact te houden met zijn verkoopteams. Op een recente Europese trip krijgt Bits&Chips de kans om een avond met hem bij te praten. Aan een achteraftafeltje in het Van der Valk-restaurant in Breukelen gaat Zogas in op NI’s strategie om Labview te positioneren als centrale ontwikkelomgeving voor wetenschappers en ingenieurs.

De reden van zijn Europese bezoek is overigens interessant. Eerder die dag heeft Zogas zijn verkoopteam in Brussel bijgepraat in het kader van een nieuw initiatief om meer expertkennis in de NI-organisatie te brengen. ‘Je vindt bij ons geen domeintechnologen die iets afweten van verbrandingsanalyse in automotive of vluchtdynamica in de luchtvaart. We kennen de ontwikkelomgeving en alles om klanten te helpen om beter te specificeren en ontwikkelen. Onze engineeringgroep is nu vooral nog reactief. We willen nu echter systeemengineeringgroepen vormen die veel dichter tegen de toepassingsgebieden van onze klanten aanzitten. Bijvoorbeeld realtime besturing of test in telecomtoepassingen of audio en trillingen.’

Zogas studeerde af als elektronica-ingenieur in Philadelphia, Pennsylvania, aan Drexel University, een van de grootste privéscholen voor ingenieurs in de Verenigde Staten. Aardig om te weten: wie aan Drexel studeert, staat de helft van de tijd met zijn voeten in de modder. ‘Het is afwisselend een half jaar naar school en een half jaar werken, vrij ongewoon’, zegt Zogas. Zo werkte hij tijdens zijn studie bij AT&T aan kwaliteitscontrole van oxidelagen in het IC-productieproces.

Na zijn afstuderen klopte hij aan bij Texas Instruments. Hij ging er hybride micro-elektronica ontwikkelen, combinaties van silicium schakelingen met keramische dragers en dikkefilmtechnologie voor de passieve onderdelen. Maar geavanceerde chipverpakkingen waren niet zijn ding. ‘Ik ben niet zo van de details’, lacht Zogas. ‘Het systeemniveau en projecten vind ik leuker. Ik hou van het grote plaatje.’

Dus verliet hij TI al na ruim een jaar en zette in 1985 de stap die de rest van zijn carrière en leven zou bepalen. Hij trad aan bij National Instruments, dat in die tijd met tachtig medewerkers een omzet draaide van 8 miljoen dollar. Zogas begon er als sales engineer in de groep business development. Dat betekende dat hij met een team specialisten de verkopers ondersteunde.

Visitekaartje

In de tien jaar daarvoor was National Instruments uitgegroeid tot een specialist die de hardware en software leverde om instrumenten met computers te verbinden. Het bedrijf was begonnen met producten voor GPIB (general purpose interfacebus, op basis van IEEE 488). Dat was een digitale bus voor de korte afstand, speciaal voor geautomatiseerde testsystemen.

Hewlett-Packard was destijds de grote kampioen in analyseapparatuur. Veel ingenieurs en researchers wilden echter geen werkstation van HP op de meetapparatuur van dat bedrijf aansluiten. Vandaar dat HP zijn instrumenten uitrustte met een standaard interface, GPIB, ook bekend als HP-IB (Hewlett-Packard Instrument Bus), die communicatie met andere computers mogelijk maakte. HP’s kernstrategie was instrumenten verkopen en de gigant liet de interconnectiemarkt aan partijen als NI. Intussen heeft National Instruments een groot deel van de instrumentatiemarkt naar zich toegetrokken. Het behoort nu tot de grootste concurrenten van Agilent, de instrumententak die later van HP afgesplitste.

‘HP had destijds één workstation en een catalogus vol instrumentatie’, aldus Zogas. ‘Als je voor HP koos, dan werd je ondersteund door HP met een programmeeromgeving, het workstation en de instrumenten. Daarmee kon je zelf een testsysteem bouwen. Maar veel ingenieurs wilden iets anders dan een HP-workstation. Een Vax van Digital, een Unix-werkstation of een VME-computer of nog wat later, een pc. HP zag wel dat het te complex was om in connectiviteit te stappen voor alle verschillende computers, dus lieten ze ons die markt bedienen.’ NI’s strategie was overzichtelijk: het wilde alle instrumentatie op de wereld kunnen verbinden met een computer. Platformonafhankelijk.

‘We ontwikkelden dozijnen GPIB-bussen die GPIB-instrumenten moesten te verbinden. We hadden software die de talen ondersteunde waarin men wilde programmeren.’ Maar NI ontwierp ook hardware, zoals boards voor digitale signaalverwerking, die de virtuele instrumentatie ondersteunde. Zogas werkte midden jaren tachtig aan dat soort projecten. Zogas: ‘Als het te moeilijk werd voor de verkoopploeg, dan hielpen onze specialisten de klanten om meer complexe systemen op te zetten. Daarbij werd ook hardware ontworpen om de virtuele instrumentatie te ondersteunen.’

Midden jaren tachtig ontwikkelden Jeffrey Kodosky en James Truchard – binnen NI steevast Dr. T genoemd – de visie waarmee NI echt groot werd. Ze besloten gereedschappen te bouwen waarmee wetenschappers en ingenieurs op een grafische manier hun instrumenten konden opbouwen en definiëren. De tooling die dat mogelijk maakte, Labview, kwam in 1986 op de markt op Apples Macintosh.

Zogas onderstreept nog maar eens dat die keuze niet voor de hand lag. ‘De Mac was niet de computer die bij researchers en ontwerpers stond. Het was revolutionair en leuk en het vestigde NI als een softwareontwikkelaar van wereldklasse.’ Zo evolueerde NI van leider in GPIB naar leider in virtuele instrumentatie. ‘The software is the instrument’, stond er vanaf die tijd op het visitekaartje van Zogas en zijn collega’s. De gebruiker definieerde met de software immers zijn eigen instrument. Wie het signaal van zijn oscilloscoop wilde digitaliseren stuurde dat naar de computer en kon fouriertransformaties uitvoeren en een spectrumanalyzer bouwen.’

MatrixX

Zogas noemt de strategieverandering richting virtuele instrumentatie ‘revolutionair’. Niet alleen omdat Kodosky en Truchard hiermee de basis legden voor een onstuimige groei, maar ook omdat virtuele instrumentatie in die tijd al alle elementen in zich had voor de koers die National Instuments de afgelopen jaren insloeg: Labview positioneren als centrale omgeving voor systeemontwerp. In feite kwam de expertise die National Instruments vanaf midden jaren tachtig ontwikkelde, neer op het programmeren en besturen van instrumenten via grafische bouwstenen.

Op diezelfde manier zijn op hoog niveau systemen te bouwen. National Instruments gaat er al jaren prat op dat het de technologie levert waarmee niet-ingewijden toch geavanceerde besturingen kunnen maken. Topman James Truchard benoemde de nieuwe strategie in klip-en-klare bewoordingen tijdens NI Week in 2004: ‘Ontwerpers van embedded software hebben platformgebaseerde gereedschappen nodig zoals Labview.’

Daarmee onderstreepte Truchard NI’s ambitie om met de grafische programmeeromgeving Labview systeemontwikkelaars te bedienen. Intussen is het bedrijf niet alleen een geduchte concurrent in de traditionele test- en meetwereld, maar komt het ook meer en meer in het vaarwater van embedded-softwarebedrijven als Wind River, EDA-specialisten als Cadence en Synopsys, The Mathworks en specialisten die niches bedienen, zoals DSpace in de automotivemarkt.

National Instruments stuurt met Labview momenteel aan op een koers waarin deze toolomgeving de centrale gereedschapskist is van R&D- en productontwikkelteams. Precies dezelfde koers is zichtbaar bij The Mathworks, die deze strategie als model based design vermarkt.

Net als Matlab en Simulink van The Mathworks moest Labview enkele jaren terug nog een grote achterstand goedmaken op geijkte programmeeromgevingen voor bijvoorbeeld C en C++. Intussen is codegeneratie vanuit Simulink en Labview de kinderschoenen ontgroeid. In de embedded-softwareontwikkeling kiest National Instruments voor strategische partnerships. Zo biedt Labview Microprocessor SDK ontwikkelaars alle tooling die nodig is voor embedded systeemontwikkeling voor de platformen van zijn partners. Zogas: ‘De output van Labview Microprocessor SDK is C-code voor bijvoorbeeld de DSP-processoren van Analog Devices en TI. De C-code die uit Labview Microprocessor SDK komt voor de Blackfin-chips van Analog, is gelijk aan de code die uit de VisualDSP-tools komt. Hetzelfde geldt voor de Codecomposer-tools van TI.’ Wie nog aan de code wil sleutelen, krijgt toegang via de gereedschappen van de partners.

In het begin van dit decennium begon het bedrijf uit Austin ook met het uitbrengen van FPGA-gebaseerde instrument en besturingskaarten. Met de Compactrio biedt het intussen een hele lijn platformen voor embedded controle en data-acquisitie. Door middel van een ingebouwde Xilinx-FPGA, kunnen Labview-ontwikkelaars eigen hardware definiëren.

In de slag om algoritmeontwikkeling heeft National Instruments de afgelopen jaren ook zijn pas versneld. Het kocht in 2003 het hoogniveau ontwerppakket MatrixX van Wind River, nadat het Amerikaanse ministerie van Justitie een stokje stak voor de verkoop aan The Mathworks omdat het vreesde voor een monopoliepositie. National Instruments kocht aandeel in een markt waarin het nog een inhaalslag te maken had. Het bedrijf gebruikt de technologie van MatrixX om Labview verder te ontwikkelen als tool voor algoritmeontwerp. De verdere ontwikkeling van MatrixX zelf staat een laag pitje.

Zogas: ‘Wij zeiden tegen het ministerie van Justitie dat er een alternatief was voor deze software en dat we het zouden ontwikkelen en onderhouden. Maar tegen de tijd dat wij het in handen hadden, meende de gebruikersgemeenschap dat het einde nabij zou zijn. Wij hebben gezegd dat we eraan zouden werken. Het moest bijvoorbeeld op de laatste versie van Windows draaien. Wij hebben die nieuwe versie afgemaakt.’

Is Labview volwassen genoeg om de designflow bij bedrijven te dragen?
‘Een paar jaar geleden vierden we de twintigste verjaardag van Labview. De evolutie naar systeemontwerp en een volwassen framework heeft te maken met wat je aan technologie beschikbaar hebt in embedded design. Jaren geleden konden ontwikkelaars al via de grafische omgeving van Labview programmeren, de code compileren en die op een FPGA’s draaien. Het concept van Labview als een fundamentele suite voor technologie is zeer volwassen.’

Welke plaats ziet u voor Labview in de markt voor systeemontwikkeling?
‘De markt vraagt innovatie en daarmee blijft de vraag naar embedded systemen exponentieel toenemen. Of het nu instrumenten of consumentenelektronica is, het gaat om multifunctionele apparaten met I/O en communicatie. Wij passen in ontwerp, prototyping en uitrol. Hoe hoger de druk om die cyclus snel te doorlopen en hoe meer de eisen daaraan veranderen, hoe meer Labview kan uitblinken als een systeemontwerpplatform.’

‘Op de markt zie je high-end, zeer complexe, zeer dure systeemontwerptools. Die mikken op een subset van de markt, met de hoogste eisen aan veiligheid en betrouwbaarheid. Ze zitten ook in markten waarin de marges flinterdun zijn. Wind River, Green Hills en de gereedschappen van Mentor en Synopsys bedienen de high-end markt. Aan de andere kant heb je programmeertools voor bijvoorbeeld C. Daar zie je dat mensen verstrikt raken in complexiteit en tijdsdruk, waardoor het niet tot prototypes komt. Wij houden juist van snel ontwerpen, prototypen en naar de gebruiker brengen. Zo kom je erachter of je op juiste spoor zit en of je moet bijstellen. We proberen een massamarkt voor ons te winnen, mensen aan te spreken. We willen systeemontwerpers maken van mensen die nooit dachten dat ze in embedded design zaten. Dat is waarom onze definitie van embedded systemen veel breder is dan de traditionele classificatie.’

We zien steeds meer hardware van National Instruments.
‘We bieden meer en meer hardware met de nieuwste technologie. Bij NI houden we van FPGA’s. Het zijn fantastische motoren met signaalverwerking en I/O. We gaan meer FPGA-gebaseerde instrumentatie en FPGA-gebaseerde I/O leveren waarmee wetenschappers en ingenieurs hun eigen systemen kunnen bouwen.

Tien jaar geleden was Labview een ontwerpgereedschap voor virtueel instrumentatie, nu is het een tool voor systeemontwikkeling.
‘Correct. Bedenk dat ons eerste target de Basic-programmeeromgeving was. Dat was toen de meest gebruikte taal voor ingenieurs voor instrumentbesturing. Basic was interpreted en gemakkelijk te gebruiken, maar niet de nummer één voor algoritmeontwikkeling. Dat waren Fortran en later Pascal.’

‘Tussen een testsysteem en een machinebesturing zit niet veel verschil. Een instrument is een embedded systeem. Voor beide ga je uit van requirements. Voor beide heb je ingaande en uitgaande signalen van en naar verschillende bronnen. Afhankelijk van het systeem zijn er eisen aan realtime gedrag en veiligheid.’

In vergelijking met traditionele leveranciers van analyseapparatuur en designtool voor nichemarkten als EDA, slaat NI zich relatief goed door de crisis. De groeilijn van National Instruments vertoonde de afgelopen decennia nauwelijks haperingen. Nemen we even Zogas’ indiensttreding als ijkpunt, dan is NI’s omzet intussen honderd maal groter. In 2008 groeiden omzet en nettowinst opnieuw naar recordhoogten, naar respectievelijk 821 miljoen dollar en 85 miljoen dollar.

NI is niet immuun voor de malaise, maar de pijn zit ’m toch vooral in de producten voor traditionele markten. In het vierde kwartaal van 2008 groeide de omzet van NI’s producten voor virtuele instrumentatie en systeemdesign nog met 2 procent in vergelijking met een jaar eerder. De activiteit instrument control products (ICP) – momenteel 7 procent van NI’s totale business – maakte echter 29 procent minder omzet. NI zei al te verwachten dat dit nog verder zal dalen in het eerste kwartaal van 2009.

Binnen ICP vallen de producten waarmee NI de markt voor GPIB en VXI bedient. NI’s prestaties in deze markt zijn te vergelijken met de pijn die fabrikanten van traditionele instrumenten momenteel ondervinden. ‘Je ziet onze ICP-producten veel in geautomatiseerde tests van elektronica, aan het einde van de productielijn. Aan de instrumenten voor geautomatiseerde productietest zoals digitizers, switchers, testsequentie-engines voegen wij controle en analyse toe. Dit is de markt van de grote kapitaalsinvesteringen, een markt die nu sterk is vertraagd.

Welke strategische vragen zijn in deze tijd belangrijk voor jullie?
‘Het gaat om de afweging tussen korte- en langetermijnproblemen. Voor lange termijn volgen we hetzelfde pad. Labview ontwikkelen als een toolomgeving die de hele designflow in een R&D-team kan ondersteunen. We blijven de strategie volgen Labview en zijn verbinding met de hardware het allemaal kan samenbrengen. Op de korte termijn moeten we de financiële motor in balans brengen met de langetermijndoelen.

In welke mate overlappen de Labview-tools met die van The Mathworks?
‘Beide bedrijven ondersteunen het engineeringproces van ontwerpen en bouwen. De tools van The Mathworks gebruiken mensen om algoritmes te ontwerpen en het systeem te representeren. Ze stoppen de echte wereld in een mathematisch model. Met geavanceerde ontwerpen sparen ze geld door representatieve model te maken en een computerondersteunde wereld te bouwen, voordat er een fysiek prototype is.’

‘Bij National Instruments zeggen we: alle modellen zijn fout maar sommige zijn bruikbaar. Iets wat bruikbaar is, kan de moeite waard zijn. Maar modellen kunnen ook je handen binden. Als je er bij de systeemniveau-integratie te laat achter komt dat je geen rekening hebt gehouden met pakweg signaalpadintegriteit, dan heb je een probleem. De enige manier om dat te voorkomen is data van de echte wereld te nemen en die in je mathematische model te stoppen. Dat zou een iteratief proces moeten zijn waarbij modellen steeds verbeteren. Wij hebben het over algoritmeontwikkeling en gebruiken de term algorithm engineering. Het verschil tussen model based design en algorithm engineering is dat je de signalen van de echte wereld aan het algoritmeontwikkelproces kan toevoegen.’

‘Wij kunnen dus snel van wiskunde naar wiskunde plus I/O. Met alle drivers die we hebben en een variëteit van sensoren, actuatoren en instrumentatie. Daarmee is het niet moeilijk om je mathematische omgeving en softwareomgeving naar hardware te brengen en dan informatie in het ontwerpproces te stoppen. Dat is het verschil tussen een bedrijf dat hardware en software doet, als NI, en een dat exclusief in softwaredomein zit. Maar de ontwikkeling van systeemniveausoftware met de bijbehorende algoritmes is een uitdaging voor beide bedrijven.

René Raaijmakers

Terug naar overzicht