數字化儀與CUDA顯卡的組合實現信號處理新方式

全球領先的PC測試測量設備的設計制造商Spectrum儀器今日推出全新信號平均處理套件，徹底顛覆了信號采集與信號平均的方式。信號平均功能對采集和分析隱藏在隨機噪聲中的信號細節等應用起到了至關重要的作用。新的套件使用了SCAPP(Spectrum儀器CUDA并行處理)以及公司最新推出的數字化儀系列產品，利用基于CUDA的GPU實現高性能運算。SCAPP使用戶能夠通過RDMA(遠程直接數據存取)傳輸將數據直接導出至GPU，在高速時域及高頻率下實現卓越的信號平均功能。

到目前為止，工程師和科學家在進行信號平均時有三個基本的選擇。其一是購買帶有信號平均功能的數字示波器；其二是通過數字化儀卡將數字化數據發送至電腦，通過電腦的主機處理器完成信號平均；其三是通過購買專業的數字化儀，通過FPGA（現場可編程門陣列）技術實現板上信號平均功能。然而，當需要處理長信號的平均功能時，以上的三種技術都存在嚴重的局限性。

數字示波器通常使用的是8位的模數轉換器（ADC），限制了信噪比（SNR）的采集。此外，板上信號平均功能往往受到小型處理系統和內存的限制。高速數字化儀能夠提供更高的ADC分辨率和更大的內存。然而，將數據傳輸至電腦通常會降低設備的采集速度。當進行數據傳輸和信號平均時，也需要依靠主機的處理器完成。最后，采用FPGA技術需要購買大型且昂貴的FPGA設備來實現信號平均。因此，基于FPGA的信號平均套件通常非常昂貴，且僅能處理有限的信號記錄長度。

相比之下，Spectrums儀器所推出的全新套件能夠在實現超長波形信號平均的同時，為用戶提供更加靈活的服務。該套件適用于Spectrum儀器旗下的M4i平臺和中端M2p系列PCIe數字化儀產品。M4i系列產品的特點是在8位分辨率時的采樣信號高達5 GS/s，在14位分辨率時達到500 MS/s，在16位分辨率時達到250 MS/s。雖然M2p卡提供的采樣率在20 MS/s 到125 MS/s之間，但所有的分辨率均為16位，且每張卡最多實現8通道采集。因此，用戶能夠選擇最符合其需求的最佳組合。由于數據是通過RDMA處理器直接導入GPU卡，其間的處理過程不受主機處理器干擾，因此幾乎適用于任何長度的信號平均。

舉例來說，M4i.2220-x8 Spectrum儀器數字化儀能夠在采樣速率高達2.5 GS/s的情況下實現連續的信號平均。即使信號平均的長度僅為幾秒也不會丟失任何事件。同樣，具有14位分辨率的M4i.4451-x8數字化儀能夠在450 MS/s的速率下，同時采集4個信號且達到相同的效果。數字化儀卡還包含靈活的觸發，采集和讀取模式，即使在觸發率極高的頻率下仍然能夠實現卓越的信號平均功能。與需要最高性能的FPGA解決方案相比，GPU信號平均功能已經全速運行，即使入門級的GPU卡表現亦是如此。

Spectrum儀器信號平均套件是SCAPP驅動包的一部分，其中包括RDMA擴展，使數字化儀所獲取的數據能夠傳輸至GPU。此外，該套件還包含一組數字化儀交互示例和用于基本信號平均功能的CUDA平行處理示例。示例包含時域塊或分段求和平均（搭配噪聲抑制方式）以及無間隙頻域平均。全部軟件都使用C / C ++語言，方便用戶編程或修改。最重要的是，用戶能夠從測試階段和優化并行處理開始獲得即時的結果，并根據自身的平均算法進行自定義。該套件能夠將RDMA直接傳輸到GPU，通過電腦的LINUX系統運行，或通過CPU傳輸至Windows系統運行。

Spectrum儀器此次推出的全新信號平均處理套件適合從事低電平信號處理，或受到大量噪聲干擾而丟失信號細節的專業人士。該產品覆蓋的行業廣泛，其中包括質譜、激光雷達、射電天文學、自動化、雷達、生物醫學和聲納等領域。該系列產品現已全面上市，期待您的垂詢。