多板PCB設(shè)計(jì)與硬件工程師讓我們邁向未來(lái)

可重復(fù)使用的火箭，自動(dòng)駕駛汽車和區(qū)塊鏈有什么共同點(diǎn)？除了突破過去3-5年的重要里程碑，它們都是多板印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)進(jìn)步如何推動(dòng)我們邁向未來(lái)的杰出例子。

在這篇文章中，我們將研究多板PCB系統(tǒng)的進(jìn)步如何幫助推動(dòng)航天，自動(dòng)駕駛汽車和區(qū)塊鏈的邊界。但是除此之外，我們正在研究與PCB系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)的一些主要參與者：硬件工程師以及他們?nèi)绾螀⑴c這些項(xiàng)目。

硬件工程師如何參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)？

在每一個(gè)重大突破性發(fā)現(xiàn)或技術(shù)進(jìn)步的背后，您都可以打賭，不僅在其外殼下方有一個(gè)電氣系統(tǒng)，而且還有一個(gè)工程師系統(tǒng)共同努力確保其成功。特別是隨著技術(shù)的發(fā)現(xiàn)或進(jìn)步，硬件工程師能夠準(zhǔn)確地測(cè)試和記錄系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的能力變得極為寶貴。

開發(fā)環(huán)境和方案以測(cè)試新的或高級(jí)的系統(tǒng)，注釋度量和統(tǒng)計(jì)信息以向設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供準(zhǔn)確的結(jié)果以及記錄系統(tǒng)故障都是無(wú)價(jià)的資產(chǎn)。確保在太空飛行中，另外一個(gè)通孔將是具有所需功率的通信板與不正確的熱分配引起的短路之間的區(qū)別，這可以節(jié)省數(shù)百萬(wàn)，數(shù)十億美元的生命，具體取決于方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)正在啟動(dòng)之中。

航空航天系統(tǒng)：重新定義航天成本

有沒有想過將火箭反復(fù)降落在大西洋中部的一艘自動(dòng)駁船上，而其成本卻只有傳統(tǒng)發(fā)射的一小部分，該怎么辦？

機(jī)載航空電子設(shè)備必須管理可折疊的耐熱機(jī)翼（稱為柵格鰭），以引導(dǎo)第一階段的折返進(jìn)入地球大氣層。冷氣推進(jìn)器必須將火箭翻轉(zhuǎn)180°并對(duì)齊以降落。輕巧的碳纖維著陸腳能夠及時(shí)著陸，以便著陸。

當(dāng)您考慮到所有輔助電子設(shè)備和控制系統(tǒng)必須承受發(fā)射和重入期間承受的巨大重力，輻射和溫度波動(dòng)的影響時(shí)，這尤其令人印象深刻。在以足夠的嚴(yán)格性和對(duì)環(huán)境漏洞的關(guān)注來(lái)測(cè)試這些系統(tǒng)時(shí)，硬件工程師要克服一個(gè)艱巨的任務(wù)。

除了明顯地節(jié)省了能夠重復(fù)使用火箭彈的成本外，由于SpaceX在生產(chǎn)車間進(jìn)行垂直集成的政策，進(jìn)一步降低了制造成本-他們?cè)噲D在內(nèi)部制造盡可能多的Falcon 9組件。

多層板，高性能CPU，集成電路，預(yù)制模塊和其他組件的廣泛可用性使構(gòu)建定制的內(nèi)部電子設(shè)備成為可行的選擇。此外，PCB設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)步使設(shè)計(jì)復(fù)雜的航空電子系統(tǒng)變得可行，這使自動(dòng)著陸火箭成為可能。

汽車系統(tǒng)：無(wú)人駕駛或自動(dòng)駕駛汽車

任何在每天上下班途中都與交通高峰時(shí)間作斗爭(zhēng)的人，都可以證明人類是非常糟糕的駕駛員。如果您可以開車回國(guó)并趕上睡眠，工作，Netflix或其他任何事物，那不是很好嗎？

這是Waymo，通用汽車，戴姆勒，福特和許多其他汽車公司競(jìng)相制造自動(dòng)駕駛汽車的眾多原因之一。技術(shù)難題也是任何PCB設(shè)計(jì)人員都可以理解的。

早在首批自動(dòng)駕駛原型車出現(xiàn)之前，汽車就已經(jīng)變得越來(lái)越智能。從儀表板上的收音機(jī)到后視攝像頭，更智能的噴油器以及駕駛員輔助系統(tǒng)，您的現(xiàn)代汽車已經(jīng)成為多板PCB系統(tǒng)的令人印象深刻的例子。汽車系統(tǒng)需要一些最艱巨的測(cè)試，因?yàn)檫@不僅是很少見到的ADAS系統(tǒng)的理想駕駛環(huán)境，而且人機(jī)交互的不一致也會(huì)使汽車系統(tǒng)特別容易受到攻擊。

無(wú)人駕駛汽車借助智能傳感器，先進(jìn)的激光雷達(dá)和攝像頭陣列將海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦δ軓?qiáng)大的車載計(jì)算機(jī)，將其提升到一個(gè)新的水平。甚至高通，英偉達(dá)和三星等芯片制造商也在排隊(duì)，以幫助向汽車制造商提供自動(dòng)駕駛汽車所需的“大腦”。

汽車制造商在許多有助于車輛自我驅(qū)動(dòng)的機(jī)械和電氣系統(tǒng)中使用常規(guī)的多層PCB 。與SpaceX的自動(dòng)著陸火箭一樣，挑戰(zhàn)在于為這項(xiàng)工作選擇合適的現(xiàn)成組件和互連。從熱浪到暴風(fēng)雪，汽車必須在道路上和道路上都承受各種條件。

ASIC系統(tǒng)：加密貨幣挖掘和區(qū)塊鏈

您可能已經(jīng)注意到GPU的價(jià)格急劇上漲，尤其是2017年底的高端游戲卡。您可能還記得，當(dāng)加密貨幣狂潮在2017年12月達(dá)到頂峰時(shí)，單個(gè)比特幣的價(jià)格就達(dá)到了頂峰$ 20,000。在今年早些時(shí)候比特幣價(jià)格暴跌之后，GPU的價(jià)格終于開始恢復(fù)正常。

這不是巧合。區(qū)塊鏈和加密貨幣挖掘的故事非常多板PCB設(shè)計(jì)之一。和芯片制造商都知道這一聯(lián)系。華碩剛剛透露其B250 Mining Expert主板有一個(gè)原因，該主板最多支持19個(gè)GPU。它具有18個(gè)PCIe 3.0 x1插槽和一個(gè)物理3.0 x16插槽。

要了解連接，必須了解區(qū)塊鏈以及加密貨幣的工作原理。利用紙幣，成熟的銀行和政府的貨幣政策決定了如何打印和分配貨幣。這些機(jī)構(gòu)支持常規(guī)貨幣的價(jià)值。

有了加密貨幣，它就更具技術(shù)性。加密貨幣通過稱為區(qū)塊鏈的分布式分類帳系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，該系統(tǒng)使用數(shù)字簽名和加密哈希函數(shù)的組合來(lái)提供透明性和安全性。

每個(gè)塊就像物理分類帳中的一頁(yè)。記錄交易，直到塊已滿。完成后，所述區(qū)塊將附加到更大的區(qū)塊鏈中，該區(qū)塊鏈包含每個(gè)先前交易的記錄。

現(xiàn)在這是重要的部分。加密貨幣挖礦是向系統(tǒng)添加新硬幣的唯一方法。通過設(shè)計(jì)，需要大量的計(jì)算工作來(lái)處理將有效塊添加到區(qū)塊鏈的哈希函數(shù)。作為執(zhí)行此計(jì)算工作的獎(jiǎng)勵(lì)，維護(hù)區(qū)塊鏈副本的個(gè)人或組織有機(jī)會(huì)獲得硬幣。鏈條越長(zhǎng)，難度就越大，在其他礦工之間進(jìn)行數(shù)字軍備競(jìng)賽。

增大采礦設(shè)備的計(jì)算能力的最佳方法是什么？好吧，由于每個(gè)人都只能使用同一軟件，因此歸根結(jié)底是要添加更多GPU。多板PCB系統(tǒng)怎么樣？

正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)正在改變我們的世界

從便宜的太空旅行到自動(dòng)駕駛汽車和數(shù)字貨幣，PCB技術(shù)的進(jìn)步是當(dāng)今許多技術(shù)創(chuàng)新的潛在力量。感覺受到啟發(fā)來(lái)啟動(dòng)自己的多板PCB項(xiàng)目嗎？