[發明專利]一種多GPU并行計算的快速成像處理系統

有效

• 申請號: 202010068855.3
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111289975B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 劉曉光
• 申請（專利權）人: 博微太赫茲信息科技有限公司
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G06T1/20;G06T1/60
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發明提供了一種多GPU并行計算的快速成像處理系統，所述快速成像處理系統包括采集模塊、接收模塊、GPU組和CPU；所述采集模塊，用于采集回波數據，順序處理所述回波數據，得到順序數據；所述接收模塊，用于接收所述順序數據，直接加載所述順序數據。本發明通過采集模塊采集回波數據，按順序處理回波數據，并發送給接收模塊，接收模塊接收到回波數據后通過PCIe接口和RDMA技術直接加載進GPU₁，大大節省了回波數據加載時間，GPU組中多個GPU進行并行處理，通過優化多GPU間的拓撲結構和并行計算方法，使得成像計算時間與GPU個數基本呈線性的關系，大大提高了GPU組計算效率。

技術領域

本發明屬于快速成像處理技術領域，特別涉及一種多GPU并行計算的快速成像處理系統。

背景技術

二維多輸入多輸出(Multiple inputMultiple Output,MIMO)陣列可以獲取目標高分辨率三維圖像，憑借其快速數據獲取能力，可被應用于快速人體安檢場合。采用MIMO陣列的探測系統，其發射端和接收端均采用多陣元天線結構，并同時使用多個相互正交的發射信號來探測目標，多路正交信號經目標散射后被接收端的所有陣元接收。每個接收信號都通過一組匹配濾波器分選對應各個發射波形的回波信號，從而引入了遠多于實際物理陣元數目的觀測通道和自由度。MIMO雷達獨特的多收發天線陣列結構，使得常規的高效率成像算法難以直接應用MIMO雷達成像機制，而來源于計算機層析(computerizedtomography,CT)成像技術的后向投影(back projection,BP)算法卻不受天線陣列形式的限制，能夠直接進行MIMO雷達成像處理。

BP算法是一種精確的時域成像算法，但計算效率很低，應用于MIMO雷達成像時需要考慮如何降低計算時間的問題。常規的CPU計算方式，效率低下，成像時間慢。采用現場可編程門陣列(Field－Programmable Gate Array,FPGA)，雖可以大大提高計算效率，但其成本較高，發熱量大，散熱問題嚴峻。采用GPU運算，利用其并發處理的優勢，可大大提高運算效率，且成本相對較低，是BP成像計算的首選方式。在基于GPU的快速成像信號處理系統中，會面臨兩個難以解決的問題，一是低延遲的加載回波數據到GPU中，二是設計一個合理的GPU并行計算架構，以達到一個低延遲的成像性能。采用BP算法的MIMO近場成像方法，由于計算量大，對于快速成像的應用場合，單個GPU受限于內存和并行核數，計算效率會受到限制，因此迫切需要研究提出利用多個GPU并行實施MIMO近場快速成像的方法。

毫米波回波數據的采集通常由一塊搭載FPGA的電路板完成，該電路板通常放置在天線陣列附近，同時距離GPU處理系統較遠。一種常見的做法是，通過以太網連接數據采集板與GPU處理系統，這種做法的顯著弊端有兩個，一是當成像系統中天線陣列數量較大時，網絡傳輸時間可能長達幾十毫秒甚至更長，這是不可忽略的大延遲；二是網絡傳輸的數據首先會加載進CPU中，再從CPU加載進GPU中，特別地，當GPU數量不止一個時，數據還需要分別加載到這些GPU中，這個數據路徑是冗長低效率的。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種多GPU并行計算的快速成像處理系統，所述快速成像處理系統包括采集模塊、接收模塊、GPU組和CPU；

所述采集模塊，用于采集回波數據，順序處理所述回波數據，得到順序數據；

所述接收模塊，用于接收所述順序數據，直接加載所述順序數據；

所述GPU組，用于運算處理所述順序數據，得到一維距離信息，均分處理所述一維距離信息，得到距離信息分量，計算處理所述距離信息分量，得到圖像結果，累加處理所述圖像結果，得到累加結果，發送所述累加結果；

所述CPU，用于接收所述累加結果，對所述累加結果進行圖片處理，得到成像結果。

優選的，所述接收模塊至少包括1片FPGA，1個4×高速輸入/輸出接口和1個PCIe×8接口；