EAST运动斯塔克效应诊断数据处理中GPU并行化加速算法的研究

发布时间：2024-04-15 01:39

　　在EAST装置单道运动斯塔克效应(MSE)诊断系统数据处理中,采用CPU(中央处理器)+GPU(图形处理器)异构化模型,实现了数字谐波分析(DHA)算法的并行化加速计算。由CPU完成数据的加载及简单的数学计算,由GPU实现DHA算法的傅里叶正、逆变换及滤波等并行化计算,与串行算法相比,获得了2000倍以上的加速,可以满足MSE诊断实验期间及时数据处理的要求。

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【部分图文】：

图1MSE诊断偏振检测光学结构示意图

式中，1ω、2ω为双光弹调制器的调制频率，分别为20kHz,23kHz。由式(1)可以看出，MSE诊断的输出信号中，包含了调制频率的偶次谐频，齐次谐频及一系列合频、差频成分。其中，偏振角与2倍频分量的幅值关系为tan(2γ)=I(2ω1)/I(2ω2)。DHA算法的基本原理为[1....

图2MSE诊断数据并行化处理的硬件架构

MSE诊断数据处理系统主要包括数据采集、数据存储、数据分析三大模块，如图2所示。偏振光信号经过PEM双光弹调制器、检偏器、光电转换器后输出时变的电信号，由高速数据采集器完成模数转换，数字信号最终上传到MDSplus数据服务器。数据分析功能由独立的分析服务器完成，当需要对信号进行分....

图3幅值与相位差计算过程流图

GPU编程接口采用CUDAC编译环境，系统软硬件信息列于表1中。当待测信号与参考信号数据由CPU传输至GPU后，首先由GPU调用CUFFT核函数对信号进行傅里叶正变换，获得其频谱信息，经过频谱滤波核函数提取感兴趣的谐波分量，再由GPU对加窗后的频域信号进行傅里叶逆变换，输出时域....

图4FFT变换GPU并行与CPU串行算法时间比较

傅里叶变换作为DHA算法的核心计算步骤，其计算时间对程序整体运行时间起主导作用，而数据量的变化是影响其计算时间的重要因素。为探索数据量对GPU并行算法与CPU串行算法实现傅里叶变换速度的影响，通过对采样率为1MHz的条件下，不同放电时长下采集到的数据进行一次正、反傅里叶变换，比较....

本文编号：3955534