NVIDIA CUDA 并行计算入门指南,带你从零到一深刻理解 GPU 加速的核心方法论。
• CUDA C++ 利用数千并行线程显著提升计算性能,适合带宽和计算密集型任务,广泛应用于深度学习和高性能计算。
• 统一内存(Unified Memory)简化了 CPU 和 GPU 之间的数据共享,cudaMallocManaged 实现跨设备内存无缝访问。
• CUDA kernel 通过 __global__ 修饰,运行于 GPU,线程索引(threadIdx、blockIdx)与执行配置()构建灵活的并行模型。
• 网格-步幅(grid-stride loop)设计实现线程间高效任务分配,提升硬件利用率和扩展性。
• 预取(cudaMemPrefetchAsync)避免内存迁移延迟,显著降低页面错误导致的性能瓶颈,实现近峰值带宽利用率。
• 性能分析工具 NSight Systems(nsys)提供详细的时间和带宽统计,助力精准性能调优。
• 逐步扩展线程块数量,利用 GPU 多个 SM 并行能力,性能提升与硬件架构紧密相关。
深层洞察:CUDA 的本质是将庞大计算任务拆分为可并行执行的细粒度线程,通过合理的内存管理和执行配置,最大化硬件潜能,平衡计算与内存瓶颈,是现代 GPU 加速应用的基础范式。
持续学习建议:深入阅读 CUDA Toolkit 文档、探索 GPU 内存层次和调优指南,逐步掌握复杂计算模型和多维线程网格设计,实现长期技术积累与应用突破。
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