在當(dāng)今信息技術(shù)革命浪潮中，先進(jìn)計(jì)算技術(shù)正逐步突破經(jīng)典計(jì)算范式的邊界，成為推動(dòng)科技跨越式發(fā)展的核心引擎。基于新型超導(dǎo)材料構(gòu)建的計(jì)算架構(gòu)，憑借其獨(dú)特的物理特性與可擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)，已在復(fù)雜系統(tǒng)模擬、密碼解析優(yōu)化等關(guān)鍵領(lǐng)域展現(xiàn)出革命性潛力，其中測(cè)控系統(tǒng)則是先進(jìn)計(jì)算的核心電子學(xué)設(shè)備。

行業(yè)挑戰(zhàn)

先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域仍面臨多重技術(shù)壁壘：計(jì)算單元間信號(hào)串?dāng)_導(dǎo)致的操作精度衰減，微觀環(huán)境擾動(dòng)引發(fā)的系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，以及大規(guī)模集成時(shí)的能耗控制難題，都制約著實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的拓展。

在技術(shù)實(shí)用化也面臨多重挑戰(zhàn)：一方面，高維計(jì)算單元的規(guī)?；瘮U(kuò)展，受限于系統(tǒng)穩(wěn)定性與錯(cuò)誤率控制，跨模塊協(xié)同與糾錯(cuò)機(jī)制尚未成熟；另一方面，異構(gòu)算力融合、算法適配仍需突破理論與工程的雙重阻礙。

針對(duì)這些挑戰(zhàn)，科研界正通過(guò)優(yōu)化指標(biāo)參數(shù)、引入表面編碼糾錯(cuò)技術(shù)，持續(xù)提升計(jì)算系統(tǒng)的魯棒性與可靠性。

解決方案

RIGOL新推出的SPQ陣列測(cè)控系統(tǒng)專為先進(jìn)計(jì)算而生。SPQ采用了模塊化的設(shè)計(jì)理念，根據(jù)測(cè)控需求劃分了多種業(yè)務(wù)模塊，分別具有精準(zhǔn)且多樣化的微波控制的功能、數(shù)據(jù)采集分析和實(shí)時(shí)反饋的功能、提供偏置電壓并疊加微波信號(hào)的功能、時(shí)鐘及觸發(fā)分發(fā)的功能等等。經(jīng)歷多個(gè)階段的發(fā)展，SPQ逐漸進(jìn)化到以指令集為主要編譯手段的先進(jìn)計(jì)算專用測(cè)控系統(tǒng)，解決了很多傳統(tǒng)測(cè)控設(shè)備的無(wú)法實(shí)現(xiàn)的痛點(diǎn)問(wèn)題。

SPQ陣列測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)數(shù)十個(gè)研究機(jī)構(gòu)均完成了部署并實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也在不斷演化發(fā)展，緊跟先進(jìn)計(jì)算的最新功能和性能需求，成為了先進(jìn)計(jì)算測(cè)控領(lǐng)域的標(biāo)桿性解決方案。

RIGOL SPQ先進(jìn)計(jì)算測(cè)控解決方案 硬件正視圖

方案優(yōu)勢(shì)

01全數(shù)字化測(cè)控完成快速搭建

在傳統(tǒng)的測(cè)控體系中，往往采用基帶混頻的方式產(chǎn)生控制波形，極易產(chǎn)生IQ失調(diào)以及本振泄露，污染控制波形。混頻模式完成一個(gè)計(jì)算單元的控制需要多個(gè)信號(hào)通道的合成也降低了測(cè)控系統(tǒng)的魯棒性，調(diào)試過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜費(fèi)時(shí)，搭建完成后也極易受到線路或者多個(gè)設(shè)備的干擾而偏離調(diào)校。

SPQ的全數(shù)字化測(cè)控系統(tǒng)采用了高采樣率直接播放的形式替代了混頻，從根本上避免了本振泄露和IQ失調(diào)的問(wèn)題，提升了測(cè)控信號(hào)的精度。一個(gè)計(jì)算單元的控制，僅需要連接一個(gè)信號(hào)端口，節(jié)省了系統(tǒng)搭建的調(diào)試時(shí)間，顯然為數(shù)百個(gè)計(jì)算單元的實(shí)驗(yàn)測(cè)控提供了更好的解決方案。

02高集成度提高實(shí)驗(yàn)效率

基于SPQ的全數(shù)字化測(cè)控體制，SPQ得以極大地提升了先進(jìn)計(jì)算測(cè)控設(shè)備的集成度，在19英寸16U的空間下實(shí)現(xiàn)了500+通道的微波測(cè)控，同時(shí)保證了所有通道間65dBc以上的隔離度，抑制了計(jì)算單元間的串?dāng)_。

SPQ解決方案相比于傳統(tǒng)測(cè)控設(shè)備在集成度上提升了10倍以上，具有全棧的測(cè)控能力，接線簡(jiǎn)單，配套驅(qū)動(dòng)齊全，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，為先進(jìn)計(jì)算的大規(guī)模拓展和產(chǎn)品化落地提供了可能性。

該解決方案包含了4套PQ-C16機(jī)箱和PQ-M02控制器，通過(guò)PQ-S10 Pro完成多個(gè)機(jī)箱的同步。20個(gè)PQ-XY模塊提供了160個(gè)XY線的微波控制，40個(gè)PQ-ZC提供了320路Z線和耦合器的控制，最后4個(gè)PQ-RD提供了16路采集分析線路，整體形成了對(duì)160個(gè)計(jì)算單元的全棧測(cè)控。

03低噪聲特性改善實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在先進(jìn)計(jì)算測(cè)控中，計(jì)算單元極其容易受到噪聲的干擾，因此往往采用高穩(wěn)電壓源提供穩(wěn)定的電壓偏置，再加上一個(gè)微波控制設(shè)備與其疊加，形成某個(gè)偏置電壓下的局部頻率調(diào)整，但兩者的合路需要使用并不阻抗匹配的合路器，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的波形失真。SPQ解決方案提供了具有直流耦合的微波信號(hào)輸出功能，在提供1.4Vpp的直流偏置的情況下，同時(shí)能夠播放高至1.8GHz的微波信號(hào)，同時(shí)滿足了高穩(wěn)定性偏置及微波控制的需求。

在噪聲指標(biāo)上，SPQ陣列測(cè)控系統(tǒng)在100MHz輸出頻率的1KHz偏移處達(dá)到了-142dBc/Hz的相位噪聲，并且具有低于-160dBm/Hz的噪聲功率譜密度，這為對(duì)噪聲極其敏感的計(jì)算單元提供了更加穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，退相干時(shí)間顯著提升。相比于傳統(tǒng)的測(cè)控設(shè)備，計(jì)算的有效時(shí)長(zhǎng)因噪聲的優(yōu)化而提升了兩倍以上。

04靈活配置適應(yīng)不同場(chǎng)景

在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，用于測(cè)控的通道耦合類型、頻率范圍和應(yīng)用功能不同，所需要的通道數(shù)量也不相同，SPQ解決方案采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行靈活配置，搭配的軟件驅(qū)動(dòng)也能夠根據(jù)硬件配置進(jìn)行自適應(yīng)的初始化調(diào)整。隨著用戶實(shí)驗(yàn)的需求改動(dòng)或規(guī)模提升，可以隨時(shí)增加新的業(yè)務(wù)模塊。

對(duì)于快速驗(yàn)證型用戶，例如4個(gè)計(jì)算單元，可推薦最小系統(tǒng)配置。該配置采用一個(gè)PQ-C02小型測(cè)控機(jī)箱，并配備一個(gè)PQ-MC測(cè)控一體模塊，兼具微波發(fā)射和數(shù)據(jù)采集分析功能。

采用最小配置系統(tǒng)，完成多通道的指令集化波形生成

05先進(jìn)計(jì)算-經(jīng)典計(jì)算融合

先進(jìn)計(jì)算和經(jīng)典計(jì)算的融合通過(guò)整合先進(jìn)計(jì)算的高并行性、指數(shù)級(jí)狀態(tài)空間優(yōu)勢(shì)與超級(jí)計(jì)算的大規(guī)模數(shù)值模擬能力，在算力維度上實(shí)現(xiàn)“質(zhì)變”。例如，在材料科學(xué)領(lǐng)域，先進(jìn)計(jì)算可精準(zhǔn)模擬分子間效應(yīng)，而超級(jí)計(jì)算負(fù)責(zé)宏觀物性分析，兩者協(xié)同可將新材料研發(fā)周期從數(shù)年縮短至數(shù)月。這種互補(bǔ)性使原本受限于經(jīng)典計(jì)算復(fù)雜度的難題獲得全新突破路徑。

SPQ陣列測(cè)控系統(tǒng)具有PXIe-PCIe轉(zhuǎn)接能力，可以數(shù)根光纖與超算服務(wù)器直接通過(guò)PCIe協(xié)議連接，并且軟件驅(qū)動(dòng)上支持以Peer to Peer（端對(duì)端）的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將兩種計(jì)算架構(gòu)間的數(shù)據(jù)傳輸延遲縮短至us量級(jí)，并提升數(shù)據(jù)傳輸帶寬至6GB/s以上，為融合計(jì)算創(chuàng)造了最佳的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

06專用指令集完成進(jìn)階實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)測(cè)控手段上，計(jì)算單元的門(mén)操作完成之后需要等待退相干冷卻后再進(jìn)行操作，稱之為被動(dòng)復(fù)位。為了進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)效率，需要在一次實(shí)驗(yàn)完成后迅速通過(guò)反饋播放主動(dòng)復(fù)位波形。借助專用測(cè)控指令集SPQ陣列測(cè)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)延遲低于300ns的反饋，通過(guò)反饋結(jié)果發(fā)起多次主動(dòng)復(fù)位以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的零態(tài)概率，相比于被動(dòng)復(fù)位實(shí)驗(yàn)效率可提升10倍以上。

該實(shí)驗(yàn)的完成標(biāo)志著科學(xué)家們的測(cè)控手段突破了簡(jiǎn)單的波形下發(fā)和數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)為對(duì)計(jì)算單元進(jìn)行更加實(shí)時(shí)、多樣的糾錯(cuò)控制，為邏輯計(jì)算單元及各種編碼解碼技術(shù)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

結(jié)論

先進(jìn)計(jì)算的突破將依托底層硬件創(chuàng)新與跨學(xué)科協(xié)同，SPQ先進(jìn)計(jì)算解決方案的模塊化設(shè)計(jì)已展現(xiàn)出解決擴(kuò)展性難題的潛力，靈活的配置方法為不同客戶的應(yīng)用場(chǎng)景提供了豐富的選擇，為大規(guī)模任務(wù)處理提供了可行路徑。該解決方案在提升系統(tǒng)集成度、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效率方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在硬件指標(biāo)上具有國(guó)際先進(jìn)水平，專用的指令集軟件也為科學(xué)家們的研究解鎖了更多可能性。

SPQ陣列測(cè)控系統(tǒng)作為先進(jìn)計(jì)算研究的基石，將持續(xù)突破操控精度與系統(tǒng)集成邊界，為先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的規(guī)模化落地提供關(guān)鍵保障。這場(chǎng)靜默的計(jì)算革命，正在重塑人類處理復(fù)雜問(wèn)題的能力邊界。

一直以來(lái)，普源精電專注于電子設(shè)計(jì)、測(cè)試、生產(chǎn)、優(yōu)化，提供為滿足客戶需求的廣泛解決方案及產(chǎn)品組合，并通過(guò)強(qiáng)化在硬件、算法及軟件方面的技術(shù)實(shí)力，緊密對(duì)接客戶需求和市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，持續(xù)探索提升產(chǎn)品應(yīng)用的行業(yè)覆蓋性。

未來(lái)，公司將進(jìn)一步聚焦客戶應(yīng)用，圍繞通信、新能源、半導(dǎo)體等前沿科技賽道，加強(qiáng)高端產(chǎn)品和解決方案的部署，形成從技術(shù)到產(chǎn)品、從時(shí)域到頻域、從通信到新能源半導(dǎo)體的全方位解決能力，為客戶解決測(cè)試挑戰(zhàn)和創(chuàng)造核心價(jià)值。