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Spectrum數字化儀新增SCAPP選項以加速和簡化信號處理

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2017-11-21 15:39:00

  目前數字化儀所面臨的主要瓶頸來自于使用8核或16核主機中央處理器或是復雜的FPGA(現場可編程門陣列)。Spectrum今日宣布新增用于并行處理的Spectrum CUDA訪問選項(SCAPP)來解決這一問題。該功能對于電子信號的數字化、處理以及分析都極其簡便且行之有效。SCAPP選項能夠使基于CUDA的圖形處理器(CPU)在Spectrum數字化儀與主機之間直接使用。然而,該選項大的優勢在于數據能夠直接從數字化儀傳輸至GPU,而數據能夠通過GPU板的并行處理核(高達5000)進行高速并行處理。與直接將數據傳輸給8核或16核的主機相比,SCAPP選項性能顯著增強。在50 MS/s, 500 MS/s 或 5 GS/s等高速信號數字化時,該功能則變得尤為重要。


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Spectrum儀器SCAPP選項
  Spectrum儀器公司采用了標準可用的GPU(基于Nvidia的 CUDA標準),它能夠不通過CPU直接與Spectrum數字化儀卡連接,為CUDA卡的信號處理能力開啟了巨大的并行核架構。CUDA顯示卡的結構非常合理,就像是為并行數據處理而設計的。其數據處理能力與大多數處理器相同,例如數據轉換、篩選、平均、基線抑制、FFT窗口功能或FFT都可以輕松實現并行處理。

信號處理方法
  直到今天,高速數字化儀的數據處理分為兩種不同的方式。種也是常見的方法是直接使用CPU計算。這種方法可以零成本的直接使用不同的編程語言來編寫處理程序。然而,這種方式所獲得的效果往往受到CPU資源的限制,因為它必須與其余的PC系統、操作系統和GUI組件一同分享處理能力。
  第二種方法是采用現場可編程門陣列(FPGA)技術,使用供應商提供的固定處理包(如Spectrum儀器的Block Average)或使用固件開發工具包(FDK)所提供的開源FPGA。這確實是一個有效的解決方法,但是其費用相當昂貴而過程復雜。大型FPGA費用昂貴,使用這種技術需要數字化儀供應商提供的FDK和FPGA供應商提供的其它實施工具。同時,并不是每個人都具備使用VHDL實現FPGA信號處理的專業知識。這無形中就導致開發周期緩慢。更糟糕的是,它很容易受到焊接在卡片上的FPGA的限制。舉個例子來說,如果RAM模塊處于極限便不能夠再改進了。

總擁有成本
  與任意基于FPGA的解決方案相比,使用SCAPP的總擁有成本(TCO)非常低。一個匹配的CUDA顯示卡價格在150 到 3000歐元左右,必要的軟件開發包(SDKs)是免費的。然而,節省多的是開發成本。相比花費數周的時間理解FDK、FPGA固件的結構、FPGA設計組件和模擬工具,用戶可以通過一些通俗易懂的C-Code和常見的設計工具立即開始工作。

產品細節
  SCAPP驅動包含有遠程直接內存訪問(RDMA)的擴展驅動程序,可供數字化儀直接向GPU傳輸數據。它包含一套數字化儀和CUDA卡之間的交互案例和另外一套CUDA并行處理案例,輕松建立過濾模塊、平均模塊、數據多路解編,數據轉換或FFT模塊。所有軟件都基于C/C++語言,課通過普通編程技術進行改進。使用測試和優化并行處理案例可在幾分鐘內得出首批測試結果。

效果
  數字化儀和GPU之間的互連是基于PCI Express。通過選定的Spectrum數字化儀卡片,數字化儀和GPU之間可以實現超過3.0 GByte/s以上的連續吞吐率。足以支持采樣率為2.5GS/s的單通道8位數字化儀或運行速度為500MS/s的雙通道14位數字化儀的連續數據獲取。通過使用Spectrum儀器的轉移帶寬存儲數據獲取模式,比如多重記錄模式和采樣速度都能達到更高水平。
  CUDA卡片的大小比較靈活,處理內核在256和5000之間(相比之下,一個具有超線程的雙倍Quad-Core Xeon CPU只能提供16個內核),配有高達幾個G的內存以及12.0TFLOP(1012 -每秒萬億次浮點運算)。一個具有1000核和3.0TFLOP的小卡片已經有足夠的能力搭配一個雙通道,采樣率為500 MS/s數字化儀配以512k的FFT模塊進行連續的數據轉換,多路復用,窗口,FFT和求平均值。相比之下,從其它數字化儀供應商處獲得的FFT包將會受到FFT模塊大小的限制,大值為4k 或8k,因為這是FPGA的極限。

可支持的Spectrum產品
  SCAPP包是所有Spectrum卡片的擴展驅動。它可以被用于M4i平臺(250 MS/s 16位, 500MS/s 14 位或 5 GS/s 8 位)和新中級效能M2p平臺(20 至80MS/s多通道16位)的超快數字化儀。在Linux操作系統中可以實現基本的RDMA功能。

關于Spectrum儀器
  德國Spectrum儀器公司是全球領先的PC測試測量設備的設計制造商,于1989年成立于德國漢斯多爾夫。公司產品主要應用于電子信號的采集、生成和分析。德國Spectrum儀器專注于高速數字化儀和發生器技術。迄今為止,Spectrum擁有500多種可用的模塊化產品,并符合PCIe, LXI和PXI等主流行業技術標準。德國Spectrum的銷售網絡遍布全球,其設計工程師直接服務客戶,并提供快速、杰出的技術支持。


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