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NVIDIA CUDA初级教程视频学习笔记1

news 2025/9/13 5:42:50

周斌老师
课程链接：

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  • 第一课
    • 内容
    • 生态环境
  • 第一课 CPU体系架构的概述
    • 什么是CPU
      • 指令
    • 存储器架构
    • CPU内部的并行性

第一课

预修课程：
Cuda c programming guide
在这里插入图片描述
参考内容 1,2，3查找一下。

内容

CPU体系架构概述
并行程序设计概述
CUDA开发环境搭建和工具配置
GPU体系架构概述
GPU编程模型
CUDA编程
CUDA程序分析和调试工具
基本优化
深入优化
最新NVIDIA GPU和CUDA特性

生态环境

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nvidia cuda zone
QQ群：
GPU深度开发==》还没有加，记得去加群

多核系统和并行系统，是因为我们的单频系统性能遇到了瓶颈。

第一课 CPU体系架构的概述

什么是CPU

执行指令，处理数据的器件

  • 能够完成基本的逻辑和算术指令

指令

算术
访存
控制
这三类指令组成了一个计算机程序。

优化的目标：
每天指令需要的时钟周期最少
时钟周期尽量短

程序指令占比：
分支：12.5%
访存：46%
矢量运算：0.2%

CPU结构图：

芯片做计算
内存接口，接内存到CPU上
外部接口：显示系统的接口、多媒体的接口
桥接芯片接口==》硬盘、南桥北桥、

摩尔定律
芯片的集成密度每2年翻一番，成本下降一半。

28nm,芯片加工到了极限。
所以，摩尔定律表现不那么理想了。

百亿的量级的晶体管，这些晶体管都在干什么？

在这里插入图片描述
22亿个晶体管，8和芯片
中间最大的部分是三级缓存。
CPU是一个吞吐机，是一个处理机，不断把数据倒来倒去，花费在存储仓库花费在路上的成本最大。

简单的CPU结构图
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上面部分数据通道
下面是控制逻辑

流水线
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利用指令级并行

  • 极大的减小时间周期
    增加一些延迟和芯片面积

会带来的问题：
具有依赖关系的指令怎么办？
分支应当处理？
流水线的长度：

  • core 2 14级
  • pentium 4 > 20级
  • Sandy Bridge 14到20级之间

旁路Bypassing
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add R1,R7需要用到sub R2,R3指令的结果，可以加一个旁路，这样就不用访问内存，直接获取R7的结果。

停滞Stalls
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load [R3]->R7
add R1,R7->r2
add指令需要等待load指令完成

分支 Branches
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分支预测Branch Prediction
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基于过去的分支记录
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分支断定

提升IPC
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超标量

峰值N
增加了面积

  • N倍资源使用
  • 旁路网络N

Sandy Bridge超标量
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指令调度Scheduling
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寄存器重命名
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乱序执行
把指令重新排一下，做一个优化
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存储器架构

越大越慢
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缓存Caching
将数据放在尽可能接近的位置
利用：
时间的邻近性
空间的邻近性

缓存层次

存储器的另外的设计考虑
分区==》避免多端口
一致性Coherency
控制器Memory controller==>

CPU内部的并行性

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向量运算
相同处理的数据同时去做
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数据级并行
单指令多数据
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X86的向量运算
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线程级的并行
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多核Multicore
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锁、一致性和同一性
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CPU遇到了现实的困境，我们称为能量墙，cpu主频提升导致功耗很强度的提升，功耗的提升导致功耗的面积、集成度、成本不能无限增加。

结论
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