Spectrum仪器新增SCAPP选项以加速和简化信号处理

目前数字化仪所面临的主要瓶颈来自于使用8核或16核主机中央处理器或是复杂的FPGA(现场可编程门阵列)。Spectrum今日宣布新增用于并行处理的Spectrum CUDA访问选项(SCAPP)来解决这一问题。该功能对于电子信号的数字化、处理以及分析都极其简便且行之有效。SCAPP选项能够使基于CUDA的图形处理器(CPU)在Spectrum数字化仪与主机之间直接使用。然而，该选项最大的优势在于数据能够直接从数字化仪传输至GPU，而数据能够通过GPU板的并行处理核(高达5000)进行高速并行处理。与直接将数据传输给8核或16核的主机相比，SCAPP选项性能显著增强。在50 MS/s, 500 MS/s 或 5 GS/s等高速信号数字化时，该功能则变得尤为重要。

Spectrum仪器SCAPP选项

Spectrum仪器公司采用了标准可用的GPU(基于Nvidia的 CUDA标准)，它能够不通过CPU直接与Spectrum数字化仪卡连接，为CUDA卡的信号处理能力开启了巨大的并行核架构。CUDA显示卡的结构非常合理，就像是为并行数据处理而设计的。其数据处理能力与大多数处理器相同，例如数据转换、筛选、平均、基线抑制、FFT窗口功能或FFT都可以轻松实现并行处理。

信号处理方法

直到今天，高速数字化仪的数据处理分为两种不同的方式。第一种也是最常见的方法是直接使用CPU计算。这种方法可以零成本的直接使用不同的编程语言来编写处理程序。然而，这种方式所获得的效果往往受到CPU资源的限制，因为它必须与其余的PC系统、操作系统和GUI组件一同分享处理能力。

第二种方法是采用现场可编程门阵列(FPGA)技术，使用供应商提供的固定处理包(如Spectrum仪器的Block Average)或使用固件开发工具包(FDK)所提供的开源FPGA。这确实是一个有效的解决方法，但是其费用相当昂贵而过程复杂。大型FPGA费用昂贵，使用这种技术需要数字化仪供应商提供的FDK和FPGA供应商提供的其它实施工具。同时，并不是每个人都具备使用VHDL实现FPGA信号处理的专业知识。这无形中就导致开发周期缓慢。更糟糕的是，它很容易受到焊接在卡片上的FPGA的限制。举个例子来说，如果RAM模块处于极限便不能够再改进了。

总拥有成本

与任意基于FPGA的解决方案相比，使用SCAPP的总拥有成本(TCO)非常低。一个匹配的CUDA显示卡价格在150 到 3000欧元左右，必要的软件开发包(SDKs)是免费的。然而，节省最多的是开发成本。相比花费数周的时间理解FDK、FPGA固件的结构、FPGA设计组件和模拟工具，用户可以通过一些通俗易懂的C-Code和常见的设计工具立即开始工作。

产品细节

SCAPP驱动包含有远程直接内存访问(RDMA)的扩展驱动程序，可供数字化仪直接向GPU传输数据。它包含一套数字化仪和CUDA卡之间的交互案例和另外一套CUDA并行处理案例，轻松建立过滤模块、平均模块、数据多路解编，数据转换或FFT模块。所有软件都基于C/C++语言，课通过普通编程技术进行改进。使用测试和优化并行处理案例可在几分钟内得出首批测试结果。

效果

数字化仪和GPU之间的互连是基于PCI Express。通过选定的Spectrum数字化仪卡片，数字化仪和GPU之间可以实现超过3.0 GByte/s以上的连续吞吐率。足以支持采样率为2.5GS/s的单通道8位数字化仪或运行速度为500MS/s的双通道14位数字化仪的连续数据获取。通过使用Spectrum仪器的转移带宽存储数据获取模式，比如多重记录模式和采样速度都能达到更高水平。

CUDA卡片的大小比较灵活，处理内核在256和5000之间(相比之下，一个具有超线程的双倍Quad-Core Xeon CPU只能提供16个内核)，配有高达几个G的内存以及12.0TFLOP(1012 -每秒万亿次浮点运算)。一个具有1000核和3.0TFLOP的小卡片已经有足够的能力搭配一个双通道，采样率为500 MS/s数字化仪配以512k的FFT模块进行连续的数据转换，多路复用，窗口，FFT和求平均值。相比之下，从其它数字化仪供应商处获得的FFT包将会受到FFT模块大小的限制，最大值为4k 或8k，因为这是FPGA的极限。

可支持的Spectrum产品

SCAPP包是所有Spectrum卡片的扩展驱动。它可以被用于M4i平台(250 MS/s 16位， 500MS/s 14 位或 5 GS/s 8 位)和最新中级效能M2p平台(20 至80MS/s多通道16位)的超快数字化仪。在Linux操作系统中可以实现基本的RDMA功能。