日新月異的科技發展與日趨激烈的市場競爭給工程師們帶來了持續的壓力和挑戰。其中一個挑戰就是協議的多樣化，比如在通訊行業中，比起十年前，目前的通訊協議幾乎數不清(見圖1)，而且沒有一個明顯的主導協議，因此最終產品就需要同時實現多個協議。

產品功能的日趨集成化也是挑戰之一，拿新上市的iPhone為例(見圖2)，它匯聚了多種功能，不僅用來通話，也可以用作MP3、PDA、數字相機等等，并且為了保持市場的競爭力，新的功能會被不斷地加入。

圖1:通訊行業并存著多樣的協議

圖2：產品功能日趨集成化
顯然，如果要跟上這樣的發展，實現產品的覆蓋測試，功能固定的傳統測試方法已無法滿足靈活性的要求；傳統方式是一套測試儀器針對一個協議，不同功能采用不同的儀器，這在今天是根本無法接受的。

基于這些挑戰，測試儀器也正在經歷一個基本原則的變更——從功能固定的分立儀器向著靈活的基于軟件的模塊化儀器架構轉變，這正是NI在20多年前提出的“虛擬儀器技術”的概念。利用虛擬儀器技術的特性，可以有效地解決上述的挑戰：基于軟件的自定義功能使得工程師們可以針對不同的協議開發對應的測試程序；而模塊化的儀器架構則可以根據不同的功能測試選用不同的模塊硬件，在同一個測試平臺上靈活地實現測試系統的集成。

虛擬儀器技術目前已經被應用在測試測量和自動化的各大領域，協助越來越多的工程師來創建高性能、高擴展性的測試系統。與此同時，虛擬儀器技術本身也在不斷發展和創新，縱觀其20多年來的發展歷程，可以看到，由于虛擬儀器技術是建立在商用技術的基礎之上，因此它能夠將新興發展的科學技術都融合進來，使工程師能以最迅速和便捷的方式來享用，從而創建更高性能的測試系統。PC處理器技術的發展就是一個很好的例子：在1990年，用當時的PC(Intel 386/16)處理65000個點的FFT需要1100秒時間，而現在使用3.4GHz的P4計算機實現相同的FFT只需要約0.8秒。

這些蓬勃發展著的新興技術也是動虛擬儀器技術發展的新動力，例如PCI Express總線技術可以讓更多的原始數據以更高的速度傳送給PC；而多核技術則可以實現真正的并行運算，從而直線提升系統的數據處理性能；可編程邏輯門陣列(FPGA)技術則允許工程師根據不同的測試要求通過軟件重新定制硬件的功能。因此，可以預見的是，這些主流的商用技術將讓虛擬儀器技術向許多之前只能用昂貴的專用設備的應用領域敞開了大門。另外，縱觀目前主流的商用技術，可以很明顯地看到，其發展的趨勢是通過并行拓撲結構來實現更高的性能。下面是幾種新興技術實例：

PCI Express總線技術

傳統儀器由于將數據處理和分析的過程放在了儀器硬件內部，因此它只能返回一個結果值，這種方式雖然方便，但是卻無法滿足之前已經敘述過的靈活性的要求。因此，一個更好的測試方式就是直接得到原始數據，再使用專業的分析工具來分析數據，這種方式可以允許工程師們對原始數據進行多次的分析，從而不再需要做多次測試來獲得不同的分析結果，節省了時間和成本。

然而，隨著采樣率的不斷提高和通道數的增多，現有的總線帶寬能否進行原始數據的實時讀取，這是實現很多新興測試應用之前就需要解決的問題。

現有的PCI總線的數據傳達吞吐率可以高達132兆/秒，這個相比其他總線已經屬于相當高了，并且還具有最低的延時(圖3)。然而它是一個共享資源的總線，也就是說，當多個設備同時在總線上傳輸數據時，每個設備可享受的帶寬會成比例地降低。隨著I/O速度和應用要求的提高，這樣的架構成為了瓶頸。而新一代的PCI Express技術，它運用了點對點總線的拓撲架構，使每個儀器可以通過獨立的通道向處理器傳輸數據，明顯地改善了傳輸數據的帶寬，對內存的需求最少，并加快了數據流的傳輸(圖4)。

圖3：總線帶寬與延時比較

圖4：PCI與PCI Express總線對比
眾所周知，在通信背板上添加的PCI總線是推動PXI得到快速應用的一個關鍵因素。現在，隨著商用的PC技術從PCI總線發展到PCI Express，PXI也已經將PCI Express結合到PXI標準中，即PXI Express(圖5)。PXI Express不僅保留了PXI的定時和同步等特性，還加入了很多新的同步特性，甚至還提供了微分系統時鐘，微分信號以及微分星觸發等。

圖5：PXI Express機箱
重要的是，PXI Express標準還提供了向后的軟件兼容性，這樣工程師們就可以充分利用他們在已有軟件系統中所開發的成果。此外，NI提供的PXI Express混合插槽可以同時支持PXI和PXI Express兩種總線形式的模塊，從而更好地保留了過去的投資。

總言之，PCI Express技術的誕生使得虛擬儀器技術可以實現對于數據吞吐率有高要求的應用，例如汽車碰撞測試的高速圖像采集或高速數字I/O應用等等。

圖6：處理器速度的發展趨勢
多核處理器技術

PCI Express技術提高了總線帶寬和數據吞吐率，使得工程師可以獲得原始數據，并通過專業的分析工具拿到可靠的測試結果。不過近年的數據量快速增長，導致對這些數據進行處理和分析成為擺在工程師們面前的又一個問題。

多核處理器技術能夠提高傳統的測試算法的運行速度，Intel已經許諾了在2011年會推出80個芯核的CPU。但是不同于以往的單核，為了實現性能的提高，開發人員需要在應用軟件里配置線程。從圖7中可以看到，即使是在四核的處理器上，如果其應用只是單線程的話，操作系統仍舊會將所有的任務分配到其中的一個核上運行。可見，為了實現在多核處理器上程序性能的提升，就必須將你的應用程序分成多個線程，再由OS協調分配在不同的核上運行，這樣才能最大限度的利用多核處理器并行的優勢來提升性能。

圖7：使用多線程編程才能最大限度地利用多核處理器的性能
然而，這對于許多習慣于開發單線程應用的開發者來說都是一個極大的挑戰。如果工程師使用的是基于文本的編程語言，如C語言，那么在進行多線程應用軟件的編寫時，需要專門的語義創建和管理線程，并且在線程安全方式下進行數據的傳送。