数字化仪通过SCAPP选项实现快速轻松的信号处理

　　目前，数字化仪的瓶颈是必须使用主机 PC 的 8 或 16 核中央处理器或编程复杂的 FPGA。Spectrum Instrumentation 通过其新的 SCAPP 软件选项解决了这个问题 - Spectrum CUDA Access for Parallel Processing - 为数字化、处理和分析电子信号开辟了一种易于使用但极其强大的方法。SCAPP 允许在任何 Spectrum 数字化仪和 PC 之间直接使用基于 CUDA 的图形处理单元 （GPU）。最大的优势是数据直接从数字化仪传递到 GPU，在那里可以使用 GPU 板的多个（最多 5000 个）处理内核进行高速并行处理。与将数据直接发送到可能只有 8 或 16 个内核的 PC 相比，这提供了显着的性能增强。

　　Spectrum 的 SCAPP

　　Spectrum 方法使用基于 Nvidia 的 CUDA 标准的标准现成 GPU。GPU直接与Spectrum数字化卡相连，无需CPU交互，开启CUDA卡庞大的并行核心架构，进行信号处理。CUDA 显卡的结构非常适合，因为它是为并行数据处理而设计的，这与大多数信号处理工作完全相同。例如，数据转换、滤波、平均、基线抑制、FFT 窗口函数甚至 FFT 本身的处理任务都可以轻松并行化。

　　信号处理方法

　　直到今天，基本上有两种不同的方法来处理高速数字化仪的数据。第一种也是最常见的方法只是使用 CPU 进行计算。这种方法提供了一种直接的方式来使用各种不同的编程语言创建处理程序，并且几乎没有额外的成本。然而，性能通常受到 CPU 资源的限制，因为它必须与 PC 系统的其余部分、操作系统和 GUI 组件共享其处理能力。

　　第二种方法是使用现场可编程门阵列 （FPGA） 技术，或者使用供应商提供的固定处理包（如 Spectrum 的 Block Average 包），或者使用带有固件开发套件 （FDK） 的开放式 FPGA。这是一个非常强大的解决方案，但它的成本和复杂性要高得多。大型 FPGA 价格昂贵，使用它们需要数字化仪供应商提供的 FDK 以及 FPGA 供应商提供的其他实施工具。此外，使用 VHDL 在 FPGA 中实现信号处理的知识水平并不是每个人都具备的技能。这很快就会导致非常长的开发周期。更糟糕的是，很容易遇到焊接到卡上的 FPGA 的限制。例如，如果块 RAM 达到极限，就没有什么可以改进的了。

　　TCO - 总拥有成本

　　将 SCAPP 方法与任何基于 FPGA 的解决方案进行比较，TCO 非常低：匹配的 CUDA 显卡的价格从大约 150 欧元到 3000 欧元不等，并且免费提供必要的软件开发套件 （SDK）。然而，最大的成本节省是开发时间。用户无需花费数周时间来了解 FDK、FPGA 固件的结构、FPGA 设计套件和仿真工具，而是可以立即开始使用一些易于理解的 C 代码和常用设计工具。

　　产品详情

　　SCAPP 驱动程序包包含远程直接内存访问 （RDMA） 的驱动程序扩展，允许从数字化仪到 GPU 的直接数据传输。它包括一组与数字化仪和 CUDA 卡交互的示例，以及另一组 CUDA 并行处理示例，这些示例具有用于基本功能（如滤波、平均、数据解复用、数据转换或 FFT）的简单构建块。所有的软件都是基于 C/C++ 的，并且可以通过正常的编程技能轻松实现和改进。从经过测试和优化的并行处理示例开始，几分钟内即可获得初步结果。

　　表现

　　数字化仪和 GPU 之间的互连基于 PCI Express。根据所选的 Spectrum 数字化仪卡，可以实现数字化仪和 GPU 之间超过 3.0 GByte/s 的连续吞吐量。这足以支持从以 2.5 GS/s 采样的 1 通道 8 位数字化仪或以 500 MS/s 运行的 2 通道 14 位单元进行连续采集。通过使用 Spectrum 的一种传输带宽节省数据采集模式，如多次记录，采样速度可以更高。

　　CUDA 卡可扩展，处理内核在 256 到 5000 之间（相比之下，具有超线程的双四核 Xeon CPU 只能提供 16 个内核），内存为数 GByte 和高达 12.0 TFLOP（每秒 1012 万亿次浮点运算） 。 具有 1k 核和 3.0 TFLOP 的小型卡已经能够以 512k 的 FFT 块大小以 2 个 500 MS/s 的通道进行连续数据转换、多路复用、窗口化、FFT 和平均 - 并且可以运行数小时。相比之下，来自其他数字化仪供应商的 FFT 封装通常会将 FFT 块大小限制为最大 4k 或 8k，因为这是 FPGA 的限制。

　　支持的频谱产品

　　SCAPP 包是所有 Spectrum 卡的驱动程序扩展。它可以与 M4i 平台（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 平台（20 至 80 MS /s 多通道 16 位）。基本的 RDMA 功能在 Linux 操作系统下可用。

　　审核编辑：郭婷