Spectrum仪器数字化仪实现超长信号平均功能

  ——数字化仪与CUDA显卡的组合实现信号处理新方式

Spectrum仪器今日推出全新信号平均处理套件，彻底颠覆了信号采集与信号平均的方式。信号平均功能对采集和分析隐藏在随机噪声中的信号细节等应用起到了至关重要的作用。新的套件使用了SCAPP(Spectrum仪器CUDA并行处理)以及公司最新推出的数字化仪系列产品，利用基于CUDA的GPU实现高性能运算。SCAPP使用户能够通过RDMA(远程直接数据存取)传输将数据直接导出至GPU，在高速时域及高频率下实现卓越的信号平均功能。

到目前为止，工程师和科学家在进行信号平均时有三个基本的选择。其一是购买带有信号平均功能的数字示波器;其二是通过数字化仪卡将数字化数据发送至电脑，通过电脑的主机处理器完成信号平均;其三是通过购买专业的数字化仪，通过FPGA(现场可编程门阵列)技术实现板上信号平均功能。然而，当需要处理长信号的平均功能时，以上的三种技术都存在严重的局限性。

数字示波器通常使用的是8位的模数转换器(ADC)，限制了信噪比(SNR)的采集。此外，板上信号平均功能往往受到小型处理系统和内存的限制。高速数字化仪能够提供更高的ADC分辨率和更大的内存。然而，将数据传输至电脑通常会降低设备的采集速度。当进行数据传输和信号平均时，也需要依靠主机的处理器完成。最后，采用FPGA技术需要购买大型且昂贵的FPGA设备来实现信号平均。因此，基于FPGA的信号平均套件通常非常昂贵，且仅能处理有限的信号记录长度。

相比之下，Spectrums仪器所推出的全新套件能够在实现超长波形信号平均的同时，为用户提供更加灵活的服务。该套件适用于Spectrum仪器旗下的M4i平台和中端M2p系列PCIe数字化仪产品。M4i系列产品的特点是在8位分辨率时的采样信号高达5 GS/s，在14位分辨率时达到500 MS/s，在16位分辨率时达到250 MS/s。虽然M2p卡提供的采样率在20 MS/s 到125 MS/s之间，但所有的分辨率均为16位，且每张卡最多实现8通道采集。因此，用户能够选择最符合其需求的最佳组合。由于数据是通过RDMA处理器直接导入GPU卡，其间的处理过程不受主机处理器干扰，因此几乎适用于任何长度的信号平均。

举例来说，M4i.2220-x8 Spectrum仪器数字化仪能够在采样速率高达2.5 GS/s的情况下实现连续的信号平均。即使信号平均的长度仅为几秒也不会丢失任何事件。同样，具有14位分辨率的M4i.4451-x8数字化仪能够在450 MS/s的速率下，同时采集4个信号且达到相同的效果。数字化仪卡还包含灵活的触发，采集和读取模式，即使在触发率极高的频率下仍然能够实现卓越的信号平均功能。与需要最高性能的FPGA解决方案相比， GPU信号平均功能已经全速运行，即使入门级的GPU卡表现亦是如此。

Spectrum仪器信号平均套件是SCAPP驱动包的一部分，其中包括RDMA扩展，使数字化仪所获取的数据能够传输至GPU。此外，该套件还包含一组数字化仪交互示例和用于基本信号平均功能的CUDA平行处理示例。示例包含时域块或分段求和平均(搭配噪声抑制方式)以及无间隙频域平均。全部软件都使用C / C ++语言，方便用户编程或修改。最重要的是，用户能够从测试阶段和优化并行处理开始获得即时的结果，并根据自身的平均算法进行自定义。该套件能够将RDMA直接传输到GPU，通过电脑的LINUX系统运行，或通过CPU传输至Windows系统运行。

Spectrum仪器此次推出的全新信号平均处理套件适合从事低电平信号处理，或受到大量噪声干扰而丢失信号细节的专业人士。该产品覆盖的行业广泛，其中包括质谱、激光雷达、射电天文学、自动化、雷达、生物医学和声纳等领域。该系列产品现已全面上市，期待您的垂询。