스펙트럼 인스트루먼트, PCIe 디지타이저에 외부 GPU 활용한 디지털 다운 변환 기능 구현

디지타이저 및 제너레이터 전문 기업 스펙트럼 인스트루먼트(Spectrum Instrumentation)가 자사 PCIe 디지타이저 제품군에 디지털 다운 변환(Digital Down Conversion, DDC) 기능을 구현한다고 밝혔다.

DDC는 디지털 라디오, 레이더, 모바일 통신, 우주·위성 통신과 같은 광범위한 통신 시스템에서 자주 활용되는 기술로, PF 또는 마이크로파 신호를 중요한 SOI (Signal of Interest)를 담고 있는 베이스밴드 신호로 변환해 측정 신호 결괏값을 줄이고 신호 품질과 측정 정확도를 높인다. 스펙트럼 인스트루먼트의 DDC는 연속적인 실시간 처리를 위한 외부 GPU를 사용해 저렴하게 구현된다. 현재 스펙트럼 인스트루먼트는 5MS/s~10GS/s 샘플링 속도를 가진 48개의 PCIe 디지타이저 제품군을 보유하고 있으며, 소비자는 이 가운데 애플리케이션에 적합한 모델을 선택할 수 있다.

대부분의 디지타이저 DDC는 입력되는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환시켜 다운 변환을 위해 FPGA로 전달하는 빠르고 효율적인 내장 FPGA (Field Programmable Gate Array) 방식을 사용한다. 하지만 FPGA 기반 DDC를 구현하기 위해서는 크고 비싼 FPGA 기술뿐만 아니라 전문 펌웨어, 펌웨어 개발 지식과 고가의 소프트웨어 도구가 필요하다는 한계점도 존재한다.

반면 스펙트럼 인스트루먼트는 자체 SCAPP(Spectrum의 CUDA Access for Parallel Processing) 소프트웨어 개발 키트로 수집한 데이터를 디지타이저 PCIe 버스를 통해 CUDA GPU로 직접 스트리밍해 이런 한계를 극복한다. GPU는 수천개의 코어가 병렬 작동하므로 C/C++ 언어를 통한 처리 소프트웨어 구현이 가능한데, 이는 일반적인 프로그래밍 기술로 커스터마이징이 가능해 DDC 구현에 용이하다. 또 SCAPP는 DDC 예제 코드 및 소프트웨어 최적화가 가능한 플랫폼도 제공한다.

스펙트럼 디지타이저 제품군은 M2p, M4i, M5i의 세 가지 다른 플랫폼으로 구성돼 있다. 이들은 최저 5MS/s에서 최대 10GS/s의 초고속 샘플링 속도와 8~16비트의 분해능, 2.5MHz~3GHz 이상의 대역폭을 갖추고 있다. 대표적으로 M5i 시리즈는 최고의 샘플링 속도와 대역폭, 12비트 분해능, PCIe 버스를 통한 초고속 데이터 스트리밍(12.8GB/s)을 지원한다.

스펙트럼 디지타이저 DDC의 예시로, M5i.3337-x16는 702MHz 입력 신호를 6.4 GS/s로 수집해 12.8 GB/s로 Nvidia RTX A4000 GPU(6144 코어)에 스트리밍한다. 스트리밍된 데이터는 디지털 파형 합성기(DDS)를 통해 정현파와 데이터가 혼합되고 이동 평균을 적용해 결괏값을 감소시킨다. 이후 이는 Finite Impulse Response(FIR) 필터를 통해 PC 메모리로 전송돼 저장 또는 추가 처리된다.

이렇게 변환된 신호의 신호 대 잡음비(SNR)는 원본에 비해 약 10dB 개선되고, 데이터 파일은 512배가량 축소된다. 신호의 중요 정보는 여전히 유지되기에 PC내 저장, 분석 및 표시에 용이하다.

새로운 DDC 기능은 SCAPP 패키지의 일부로 제공되며, 이 소프트웨어 패키지는 신규 또는 기존 스펙트럼 디지타이저와 GPU의 결합에 용이하다.

스펙트럼 인스트루먼트 소개

스펙트럼 인스트루먼트는 고유의 모듈식 개념으로 200개가 넘는 다양한 디지타이저 및 제너레이터 제품을 PC 카드(PCIe 및 PXIe) 및 독립형 이더넷 장치(LXI)로 설계 및 생산한다. 1989년 설립된 이래 30년간 업계 내 리딩 브랜드와 명문대 등 전 세계 다양한 고객을 확보하고 있다. 독일 함부르크 인근에 본사를 두고 있으며, 5년 보증과 설계 엔지니어가 직접 고객을 지원한다. 더 자세한 내용은 홈페이지에서 확인할 수 있다.

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출처:스펙트럼인스트루먼트

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