GPU编程 - 技术栈

GPU编程

Zain Lau2023-11-14 8:48

GPU编程既要考虑CPU硬件也要考虑GPU硬件。这种编程称为异构编程

代码从CPU上开始执行，遇到需要大量并行化的部分，再到GPU上并行，然后将结果返还给CPU再进行其他可能的计算。

CPU上的向量加法

开辟内存空间，
初始化两个向量，
循环相加，或者使用向量化的相加
释放内存

这种计算效率很受带宽限制，例如下面代码要计算长度为100万的两向量加法

cpp 复制代码

#include <iostream>
int main(void) {
int N = 1<<20; // 1M elements
float *x = new float[N]; // Allocate memory
float *y = new float[N];
// initialize x and y on the CPU
for (int i = 0; i < N; i++) {
 x[i] = 1.0f; y[i] = 2.0f;
}
    
// Run on 1M elements on the CPU
add(N, x, y);
    
// Free memory
delete [] x; delete [] y;
return 0;
}

GPU上的向量加法

在GPU上执行的函数称为内核函数(kernel)，由CPU调用内核函数

GPU上开辟内存空间(显存)
将数据复制到GPU上
执行内核函数
等待计算
将结果返还给CPU

GPU串行计算向量加法

cpp 复制代码

float *x = new float[N];
float *y = new float[N];
int size = N*sizeof(float);
float *d_x, *d_y; // device copies of x y
cudaMalloc((void **)&d_x, size);//GPU上开辟内存
cudaMalloc((void **)&d_y, size);//GPU上开辟内存
cudaMemcpy(d_x, x, size, cudaMemcpyHostToDevice);//CPU到GPU转移数据
cudaMemcpy(d_y, y, size, cudaMemcpyHostToDevice);//CPU到GPU转移数据
// Run kernel on GPU
add<<<1,1>>>(N, d_x, d_y);//调用内核代码，<<<1,1>>>表示使用单线程计算
// Copy result back to host
cudaMemcpy(y, d_y, size, cudaMemcpyDeviceToHost);//将结果返还给CPU
// Free memory
cudaFree(d_x); cudaFree(d_y);
delete [] x; delete [] y;


// GPU function to add two vectors
__global__ //添加关键字表示以下函数为内核函数
void add(int n, float *x, float *y) {
for (int i = 0; i < n; i++)
y[i] = x[i] + y[i];
}

如果想要利用并行性计算提升计算速度，则要使用多个线程同时计算。需要改写kernel函数

cpp 复制代码

// GPU function to add two vectors
__global__
void add(int n, float *x, float *y) {
int index = threadIdx.x;//CUDA线程的索引
y[index] = x[index] + y[index];
}

add<<<1,256>>>(N, d_x, d_y);//使用一个线程块中的256个线程进行计算