在當今信息技術(shù)革命浪潮中，先進計算技術(shù)正逐步突破經(jīng)典計算范式的邊界，成為推動科技跨越式發(fā)展的核心引擎?；谛滦统瑢?dǎo)材料構(gòu)建的計算架構(gòu)，憑借其獨特的物理特性與可擴展優(yōu)勢，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，其中測控系統(tǒng)則是先進計算的核心電子學(xué)設(shè)備。

行業(yè)挑戰(zhàn)

先進計算領(lǐng)域仍面臨多重技術(shù)壁壘：計算單元間信號串擾導(dǎo)致的操作精度衰減，微觀環(huán)境擾動引發(fā)的系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，以及大規(guī)模集成時的能耗控制難題，都制約著實際應(yīng)用場景的拓展。

在技術(shù)實用化也面臨多重挑戰(zhàn)：一方面，高維計算單元的規(guī)?；瘮U展，受限于系統(tǒng)穩(wěn)定性與錯誤率控制，跨模塊協(xié)同與糾錯機制尚未成熟；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。

針對這些挑戰(zhàn)，科研界正通過優(yōu)化指標參數(shù)、引入表面編碼糾錯技術(shù)，持續(xù)提升計算系統(tǒng)的魯棒性與可靠性。

解決方案

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

SPQ陣列測控系統(tǒng)在國內(nèi)數(shù)十個研究機構(gòu)均完成了部署并實現(xiàn)了長期穩(wěn)定運行，同時也在不斷演化發(fā)展，緊跟先進計算的最新功能和性能需求，成為了先進計算測控領(lǐng)域的標桿性解決方案。

RIGOL SPQ先進計算測控解決方案 硬件正視圖

方案優(yōu)勢

01全數(shù)字化測控完成快速搭建

在傳統(tǒng)的測控體系中，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?；祛l模式完成一個計算單元的控制需要多個信號通道的合成也降低了測控系統(tǒng)的魯棒性，調(diào)試過程相當復(fù)雜費時，搭建完成后也極易受到線路或者多個設(shè)備的干擾而偏離調(diào)校。

SPQ的全數(shù)字化測控系統(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)的問題，提升了測控信號的精度。一個計算單元的控制，僅需要連接一個信號端口，節(jié)省了系統(tǒng)搭建的調(diào)試時間，顯然為數(shù)百個計算單元的實驗測控提供了更好的解決方案。

02高集成度提高實驗效率

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

SPQ解決方案相比于傳統(tǒng)測控設(shè)備在集成度上提升了10倍以上，具有全棧的測控能力，接線簡單，配套驅(qū)動齊全，系統(tǒng)穩(wěn)定性強，為先進計算的大規(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機箱和PQ-M02控制器，通過PQ-S10 Pro完成多個機箱的同步。20個PQ-XY模塊提供了160個XY線的微波控制，40個PQ-ZC提供了320路Z線和耦合器的控制，最后4個PQ-RD提供了16路采集分析線路，整體形成了對160個計算單元的全棧測控。

03低噪聲特性改善實驗結(jié)果

在先進計算測控中，計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，再加上一個微波控制設(shè)備與其疊加，形成某個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，會帶來嚴重的波形失真。SPQ解決方案提供了具有直流耦合的微波信號輸出功能，在提供1.4Vpp的直流偏置的情況下，同時能夠播放高至1.8GHz的微波信號，同時滿足了高穩(wěn)定性偏置及微波控制的需求。

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

04靈活配置適應(yīng)不同場景

在不同的實驗環(huán)境下，用于測控的通道耦合類型、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)計方法，可以根據(jù)用戶需求進行靈活配置，搭配的軟件驅(qū)動也能夠根據(jù)硬件配置進行自適應(yīng)的初始化調(diào)整。隨著用戶實驗的需求改動或規(guī)模提升，可以隨時增加新的業(yè)務(wù)模塊。

對于快速驗證型用戶，例如4個計算單元，可推薦最小系統(tǒng)配置。該配置采用一個PQ-C02小型測控機箱，并配備一個PQ-MC測控一體模塊，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先進計算-經(jīng)典計算融合

先進計算和經(jīng)典計算的融合通過整合先進計算的高并行性、指數(shù)級狀態(tài)空間優(yōu)勢與超級計算的大規(guī)模數(shù)值模擬能力，在算力維度上實現(xiàn)“質(zhì)變”。例如，在材料科學(xué)領(lǐng)域，先進計算可精準模擬分子間效應(yīng)，而超級計算負責宏觀物性分析，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。這種互補性使原本受限于經(jīng)典計算復(fù)雜度的難題獲得全新突破路徑。

SPQ陣列測控系統(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PCIe協(xié)議連接，并且軟件驅(qū)動上支持以Peer to Peer（端對端）的方式進行數(shù)據(jù)交換，將兩種計算架構(gòu)間的數(shù)據(jù)傳輸延遲縮短至us量級，并提升數(shù)據(jù)傳輸帶寬至6GB/s以上，為融合計算創(chuàng)造了最佳的實驗環(huán)境。

06專用指令集完成進階實驗

傳統(tǒng)測控手段上，計算單元的門操作完成之后需要等待退相干冷卻后再進行操作，稱之為被動復(fù)位。為了進一步提升實驗效率，需要在一次實驗完成后迅速通過反饋播放主動復(fù)位波形。借助專用測控指令集SPQ陣列測控系統(tǒng)可以實現(xiàn)延遲低于300ns的反饋，通過反饋結(jié)果發(fā)起多次主動復(fù)位以提高實驗結(jié)束后的零態(tài)概率，相比于被動復(fù)位實驗效率可提升10倍以上。

該實驗的完成標志著科學(xué)家們的測控手段突破了簡單的波形下發(fā)和數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)為對計算單元進行更加實時、多樣的糾錯控制，為邏輯計算單元及各種編碼解碼技術(shù)的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

結(jié)論

先進計算的突破將依托底層硬件創(chuàng)新與跨學(xué)科協(xié)同，SPQ先進計算解決方案的模塊化設(shè)計已展現(xiàn)出解決擴展性難題的潛力，靈活的配置方法為不同客戶的應(yīng)用場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)化實驗效率方面具有顯著的優(yōu)勢，同時在硬件指標上具有國際先進水平，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陣列測控系統(tǒng)作為先進計算研究的基石，將持續(xù)突破操控精度與系統(tǒng)集成邊界，為先進計算技術(shù)的規(guī)?；涞靥峁╆P(guān)鍵保障。這場靜默的計算革命，正在重塑人類處理復(fù)雜問題的能力邊界。

一直以來，普源精電專注于電子設(shè)計、測試、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，并通過強化在硬件、算法及軟件方面的技術(shù)實力，緊密對接客戶需求和市場動態(tài)，持續(xù)探索提升產(chǎn)品應(yīng)用的行業(yè)覆蓋性。

未來，公司將進一步聚焦客戶應(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，為客戶解決測試挑戰(zhàn)和創(chuàng)造核心價值。