飞行时间质谱（TOF）是一种高精密的质量分析仪器，适合对物质的精密测量，广泛用于制药、食品安全、基因检测、航天等。飞行时间质谱对后端数据采集和处理也提出更高的要求，该方案采用基于GPU实时采集处理系统，用于解决多通道飞行时间质谱数据没法实时处理的问题。系统硬件主要包括高速数据采集卡、电脑和GPU，高速数据采集卡采集到的数据通过电脑传输到GPU上实时处理。

第一部分　硬件系统

1 高速数据采集卡

高速数据采集卡由两块高速数据采集卡组成，实现采样率1.25GS/s 精度8bit 5通道同步采集，高速数据采集卡型号分别是M4i.2210-x8（1.25GS/s 8bit 1ch）和M4i.2212-x8(1.25GS/s 8bit 4ch)。

1.1 主要规格指标

    • 采样率1.25GS/s

    • 5（4+1）个模拟信号通道同步采集

    • 500MHz带宽

    • 精度8bit

    • PCIExpress x8 Gen 2 接口，实时传输速率3.4GB/s

    • 所有通道同步采集，通道间同步精度小于 130 ps

    • 4个输入范围: ±200mV 到 ±2.5 V

    • 4个小量程输入范围：±40mV, ±100 mV, ±200 mV,±500 mV（选配）

   • 8GSample板载内存

    • 支持Windows和Linux操作系统

    • 支持触发同步采集，通道触发采集，ABA采集模式

1.2 两块数据采集卡同步介绍

两块数据采集卡通过专用的同步线缆Star-hub同步，Star-hub是一个附加模块，能使得不同采集卡间的相位稳定同步，最多支持8个同类型采集卡同步，所有同步采集卡的通道间没有相位延迟。Star-hub在采集卡间分发触发和时钟信息，确保所有采集卡共用同一个时钟和触发源。

2 电脑（用户配置）

    • 上架工控机，结构稳定，兼容采集卡和GPU

    • 至少3个PCIe×8接口

    • Inteli7处理器

    • 32GB内存

    • 1TB固态硬盘

3 GPU

3.1 根据Spectrum采集卡厂家的推荐，可选用GPU的型号是QuadroP2000，参数如下。

    • 显存容量：5120M

    • 显存类型：HBM2

    • CUDA并行处理核心:1024个

    • GPU显存：5GB GDDR5

    • FP32性能：3.0万亿次浮点运算

    • 超级大功耗：75 瓦

    • 图形总线：PCIExpress 3.0 x16

    • 显示器连接器：DP1.4(4)

    • 外形尺寸：4.4"(高)7.9"(长)双插槽

3.2 Spectrum采集卡配合GPU的实测介绍

第二部分  算法

   该系统是飞行时间质谱系统的一部分，数据采集卡采集从飞行时间质谱出来的微弱信号，由于信号非常微弱，需要对多次触发的重复信号进行累加，然后得到最终的信号。但考虑到系统有一部分固定噪声，累加会导致噪声也随之累积，需要先对信号进行量化处理，消除这部分噪声的影响。所有算法都在GPU上实时处理。