目前，數(shù)字化儀的瓶頸是必須使用主機(jī) PC 的 8 或 16 核中央處理器或編程復(fù)雜的 FPGA。Spectrum Instrumentation 通過其新的 SCAPP 軟件選項(xiàng)解決了這個問題 - Spectrum CUDA Access for Parallel Processing - 為數(shù)字化、處理和分析電子信號開辟了一種易于使用但極其強(qiáng)大的方法。SCAPP 允許在任何 Spectrum 數(shù)字化儀和 PC 之間直接使用基于 CUDA 的圖形處理單元 （GPU）。最大的優(yōu)勢是數(shù)據(jù)直接從數(shù)字化儀傳遞到 GPU，在那里可以使用 GPU 板的多個（最多 5000 個）處理內(nèi)核進(jìn)行高速并行處理。與將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到可能只有 8 或 16 個內(nèi)核的 PC 相比，這提供了顯著的性能增強(qiáng)。

Spectrum 的 SCAPP

Spectrum 方法使用基于 Nvidia 的 CUDA 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成 GPU。GPU直接與Spectrum數(shù)字化卡相連，無需CPU交互，開啟CUDA卡龐大的并行核心架構(gòu)，進(jìn)行信號處理。CUDA 顯卡的結(jié)構(gòu)非常適合，因?yàn)樗菫椴⑿袛?shù)據(jù)處理而設(shè)計(jì)的，這與大多數(shù)信號處理工作完全相同。例如，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、濾波、平均、基線抑制、FFT 窗口函數(shù)甚至 FFT 本身的處理任務(wù)都可以輕松并行化。

信號處理方法

直到今天，基本上有兩種不同的方法來處理高速數(shù)字化儀的數(shù)據(jù)。第一種也是最常見的方法只是使用 CPU 進(jìn)行計(jì)算。這種方法提供了一種直接的方式來使用各種不同的編程語言創(chuàng)建處理程序，并且?guī)缀鯖]有額外的成本。然而，性能通常受到 CPU 資源的限制，因?yàn)樗仨毰c PC 系統(tǒng)的其余部分、操作系統(tǒng)和 GUI 組件共享其處理能力。

第二種方法是使用現(xiàn)場可編程門陣列 （FPGA） 技術(shù)，或者使用供應(yīng)商提供的固定處理包（如 Spectrum 的 Block Average 包），或者使用帶有固件開發(fā)套件 （FDK） 的開放式 FPGA。這是一個非常強(qiáng)大的解決方案，但它的成本和復(fù)雜性要高得多。大型 FPGA 價(jià)格昂貴，使用它們需要數(shù)字化儀供應(yīng)商提供的 FDK 以及 FPGA 供應(yīng)商提供的其他實(shí)施工具。此外，使用 VHDL 在 FPGA 中實(shí)現(xiàn)信號處理的知識水平并不是每個人都具備的技能。這很快就會導(dǎo)致非常長的開發(fā)周期。更糟糕的是，很容易遇到焊接到卡上的 FPGA 的限制。例如，如果塊 RAM 達(dá)到極限，就沒有什么可以改進(jìn)的了。

TCO - 總擁有成本

將 SCAPP 方法與任何基于 FPGA 的解決方案進(jìn)行比較，TCO 非常低：匹配的 CUDA 顯卡的價(jià)格從大約 150 歐元到 3000 歐元不等，并且免費(fèi)提供必要的軟件開發(fā)套件 （SDK）。然而，最大的成本節(jié)省是開發(fā)時(shí)間。用戶無需花費(fèi)數(shù)周時(shí)間來了解 FDK、FPGA 固件的結(jié)構(gòu)、FPGA 設(shè)計(jì)套件和仿真工具，而是可以立即開始使用一些易于理解的 C 代碼和常用設(shè)計(jì)工具。

產(chǎn)品詳情

SCAPP 驅(qū)動程序包包含遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問 （RDMA） 的驅(qū)動程序擴(kuò)展，允許從數(shù)字化儀到 GPU 的直接數(shù)據(jù)傳輸。它包括一組與數(shù)字化儀和 CUDA 卡交互的示例，以及另一組 CUDA 并行處理示例，這些示例具有用于基本功能（如濾波、平均、數(shù)據(jù)解復(fù)用、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或 FFT）的簡單構(gòu)建塊。所有的軟件都是基于 C/C++ 的，并且可以通過正常的編程技能輕松實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)。從經(jīng)過測試和優(yōu)化的并行處理示例開始，幾分鐘內(nèi)即可獲得初步結(jié)果。

表現(xiàn)

數(shù)字化儀和 GPU 之間的互連基于 PCI Express。根據(jù)所選的 Spectrum 數(shù)字化儀卡，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化儀和 GPU 之間超過 3.0 GByte/s 的連續(xù)吞吐量。這足以支持從以 2.5 GS/s 采樣的 1 通道 8 位數(shù)字化儀或以 500 MS/s 運(yùn)行的 2 通道 14 位單元進(jìn)行連續(xù)采集。通過使用 Spectrum 的一種傳輸帶寬節(jié)省數(shù)據(jù)采集模式，如多次記錄，采樣速度可以更高。

CUDA 卡可擴(kuò)展，處理內(nèi)核在 256 到 5000 之間（相比之下，具有超線程的雙四核 Xeon CPU 只能提供 16 個內(nèi)核），內(nèi)存為數(shù) GByte 和高達(dá) 12.0 TFLOP（每秒 1012 萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算） 。 具有 1k 核和 3.0 TFLOP 的小型卡已經(jīng)能夠以 512k 的 FFT 塊大小以 2 個 500 MS/s 的通道進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、多路復(fù)用、窗口化、FFT 和平均 - 并且可以運(yùn)行數(shù)小時(shí)。相比之下，來自其他數(shù)字化儀供應(yīng)商的 FFT 封裝通常會將 FFT 塊大小限制為最大 4k 或 8k，因?yàn)檫@是 FPGA 的限制。

支持的頻譜產(chǎn)品

SCAPP 包是所有 Spectrum 卡的驅(qū)動程序擴(kuò)展。它可以與 M4i 平臺（250 MS/s 16 位、500 MS/s 14 位或 5 GS/s 8 位）以及最新的中等性能 M2p 平臺（20 至 80 MS /s 多通道 16 位）?；镜?RDMA 功能在 Linux 操作系統(tǒng)下可用。

審核編輯：郭婷