發(fā)布時(shí)間：2024-04-15 01:39

　　在EAST裝置單道運(yùn)動(dòng)斯塔克效應(yīng)(MSE)診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中,采用CPU(中央處理器)+GPU(圖形處理器)異構(gòu)化模型,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字諧波分析(DHA)算法的并行化加速計(jì)算。由CPU完成數(shù)據(jù)的加載及簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算,由GPU實(shí)現(xiàn)DHA算法的傅里葉正、逆變換及濾波等并行化計(jì)算,與串行算法相比,獲得了2000倍以上的加速,可以滿足MSE診斷實(shí)驗(yàn)期間及時(shí)數(shù)據(jù)處理的要求。

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【部分圖文】：

圖1MSE診斷偏振檢測(cè)光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖

式中，1ω、2ω為雙光彈調(diào)制器的調(diào)制頻率，分別為20kHz,23kHz。由式(1)可以看出，MSE診斷的輸出信號(hào)中，包含了調(diào)制頻率的偶次諧頻，齊次諧頻及一系列合頻、差頻成分。其中，偏振角與2倍頻分量的幅值關(guān)系為tan(2γ)=I(2ω1)/I(2ω2)。DHA算法的基本原理為[1....

圖2MSE診斷數(shù)據(jù)并行化處理的硬件架構(gòu)

MSE診斷數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析三大模塊，如圖2所示。偏振光信號(hào)經(jīng)過(guò)PEM雙光彈調(diào)制器、檢偏器、光電轉(zhuǎn)換器后輸出時(shí)變的電信號(hào)，由高速數(shù)據(jù)采集器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)最終上傳到MDSplus數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)分析功能由獨(dú)立的分析服務(wù)器完成，當(dāng)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行分....

圖3幅值與相位差計(jì)算過(guò)程流圖

GPU編程接口采用CUDAC編譯環(huán)境，系統(tǒng)軟硬件信息列于表1中。當(dāng)待測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)數(shù)據(jù)由CPU傳輸至GPU后，首先由GPU調(diào)用CUFFT核函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉正變換，獲得其頻譜信息，經(jīng)過(guò)頻譜濾波核函數(shù)提取感興趣的諧波分量，再由GPU對(duì)加窗后的頻域信號(hào)進(jìn)行傅里葉逆變換，輸出時(shí)域....

圖4FFT變換GPU并行與CPU串行算法時(shí)間比較

傅里葉變換作為DHA算法的核心計(jì)算步驟，其計(jì)算時(shí)間對(duì)程序整體運(yùn)行時(shí)間起主導(dǎo)作用，而數(shù)據(jù)量的變化是影響其計(jì)算時(shí)間的重要因素。為探索數(shù)據(jù)量對(duì)GPU并行算法與CPU串行算法實(shí)現(xiàn)傅里葉變換速度的影響，通過(guò)對(duì)采樣率為1MHz的條件下，不同放電時(shí)長(zhǎng)下采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次正、反傅里葉變換，比較....

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