CUDA架构

第二章 C U D A 架构 2.1 CUDA 的编程模型 CUDA(Compute Unified Device Architecture)，是一种由NVIDIA 推出的并行计算架构，非常适合大规模数据密集型计算。CUDA 使 GPU 的超高计算性能在数据处理和并行计算等通用计算领域发挥优势 。它包含了 CUDA 指令集架构（ISA）以及 GPU 内部的并行计算引擎。随着显卡的发展，GPU 越来越强大，在计算上已经超越了通用的CPU。如此强大的芯片如果只是作为显卡会造成计算能力的浪费，因此 NVIDIA 推出CUDA，让显卡可以用于图像渲染以外的目的。CUDA的GPU 编程语言基于标准的C 语言，通过在标准 C 语言的基础上增加一小部分关键字，任何有 C 语言基础的用户都很容易地开发 CUDA 的应用程序。CUDA3.0 已经开始支持 C++和 FORTRAN。 2.1.1 主机和设备 CUDA 编程模型在设计结构上采用了异构编程的模式，将CPU 作为宿主(Host)，GPU作为设备(Device)，在同一个系统中可以有同时存在多个设备，但是只能有一个宿主。 在 CUDA 程序架构中，主程序由CPU 来执行，而当遇到数据并行处理的部分，CUDA 就会将程序编译成 GPU 能执行的程序，并传送到GPU。CUDA 使用被称为块（Block）的单元 ，每 个块都由一些CUDA 线 程组 成，线 程是CUDA 中最 小的处理单元 ，将这 些 较 小的子 问 题 进 一步 划 分为若 干 更 小的细 粒 度 的问 题 ，我 们 便 可以使用线 程来解 决 这 些 问 题 了。对 于一个普 通的NVIDIA GPU，其 CUDA 线 程数目通常能达 到数千 个甚 至 更 多，因此，这 样 的问 题 划 分模型便 可以成倍 地提 升 计算机的运 算性能。GPU 是由多个流 水 多处理器 构成的，流 水 处理器 以块（Block）为基本 调 度 单元 ，因此，对 于流 水 处理器 较 多的GPU，它一次 可以处理的块（Block）更 多，从 而运 算速 度 更 快 ，时间 更 短 。而反 之 对 于流 水 处理器 较 少 的GPU，其 运算速 度 便 会较 慢 。 CUDA C 是C 语言的一个扩 展，它允 许 程序员 定 义 一种被称为内核 函 数（Kernel Functions）的C 函 数，内核 函 数运 行在 GPU 上，一旦 启 动 ，CUDA 中的每 一个线程都将会同时并行地执行内核 函 数中的代 码 。内核 函 数使用关键字__global__来声 明 ，运 行该 函 数的CUDA 线 程数则 通过<<<...>>>执行...