目前，數(shù)字化儀的瓶頸是必須使用主機 PC 的 8 或 16 核中央處理器或編程復雜的 FPGA。Spectrum Instrumentation 通過其新的 SCAPP 軟件選項解決了這個問題 - 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。

Spectrum 的 SCAPP

Spectrum 方法使用基于 Nvidia 的 CUDA 標準的標準現(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，進行信號處理。CUDA 顯卡的結構非常適合，因為它是為并行數(shù)據(jù)處理而設計的，這與大多數(shù)信號處理工作完全相同。例如，數(shù)據(jù)轉換、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 進行計算。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，因為它必須與 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，或者使用供應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。這是一個非常強大的解決方案，但它的成本和復雜性要高得多。大型 FPGA 價格昂貴，使用它們需要數(shù)字化儀供應商提供的 FDK 以及 FPGA 供應商提供的其他實施工具。此外，使用 VHDL 在 FPGA 中實現(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 達到極限，就沒有什么可以改進的了。

TCO - 總擁有成本

將 SCAPP 方法與任何基于 FPGA 的解決方案進行比較，TCO 非常低：匹配的 CUDA 顯卡的價格從大約 150 歐元到 3000 歐元不等，并且免費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)時間。用戶無需花費數(shù)周時間來了解 FDK、FPGA 固件的結構、FPGA 設計套件和仿真工具，而是可以立即開始使用一些易于理解的 C 代碼和常用設計工具。

產(chǎn)品詳情

SCAPP 驅(qū)動程序包包含遠程直接內(nèi)存訪問 （RDMA） 的驅(qū)動程序擴展，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)解復用、數(shù)據(jù)轉換或 FFT）的簡單構建塊。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現(xiàn)和改進。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 運行的 2 通道 14 位單元進行連續(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 12.0 TFLOP（每秒 1012 萬億次浮點運算） 。 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 的通道進行連續(xù)數(shù)據(jù)轉換、多路復用、窗口化、FFT 和平均 - 并且可以運行數(shù)小時。相比之下，來自其他數(shù)字化儀供應商的 FFT 封裝通常會將 FFT 塊大小限制為最大 4k 或 8k，因為這是 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）。基本的 RDMA 功能在 Linux 操作系統(tǒng)下可用。

審核編輯：郭婷