要学习 CUDA,以下是一些关键的内容和技能建议:
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GPU 架构:了解 NVIDIA GPU 的体系结构和工作原理,包括核心、线程束、寄存器、共享内存等。理解 GPU 的并行计算模型和内存层次结构对于有效利用 GPU 进行加速至关重要。
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CUDA 编程模型:学习 CUDA 的编程模型和编程范式,包括主机代码和设备代码的编写、内存管理、线程和线程块的组织、核函数的编写等。掌握 CUDA 编程模型可以帮助您编写高效的 GPU 加速代码。
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CUDA API:熟悉 CUDA 提供的 API 函数,例如内存分配和传输函数、核函数启动函数、事件管理函数等。这些函数提供了与 GPU 通信和管理的基本功能。
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并行算法和优化技术:学习并行算法设计和优化技术,以提高 GPU 加速应用程序的性能。这包括合理的线程和内存分配策略、数据并行和任务并行的设计思路、共享内存的使用、数据局部性的优化等。
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CUDA 工具和调试:掌握 CUDA 相关的调试工具和性能分析工具,例如 NVIDIA Nsight、CUDA-GDB 和 NVIDIA Visual Profiler。这些工具可以帮助您调试和优化 CUDA 程序,提高代码的可靠性和性能。
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应用领域的相关知识:根据您的兴趣和职业目标,了解与 GPU 加速应用程序相关的领域知识。例如,如果您有兴趣从事机器学习领域的 GPU 加速计算,建议学习深度学习算法和框架,如 TensorFlow 或 PyTorch。
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总而言之,学习 CUDA 可以为您在 GPU 计算领域找到工作提供机会。通过深入学习 GPU 架构、CUDA 编程模型、CUDA API、并行算法和优化技术,并结合实际应用领域的知识,您将能够开发出高效的 GPU 加速应用程序,并在相关领域中找到工作机会。
以下是一些学习 CUDA 的视频资源推荐:
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“CUDA Programming Tutorial” by TheTrevTutor: 这个系列视频适合初学者,涵盖了 CUDA 编程的基础知识和概念,包括内存管理、核函数编写、线程和线程块组织等。链接:https://www.youtube.com/playlist?list=PLJULY0bpgvHw_MLlS1vW0NE2niXh0C5xK
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“CUDA C/C++ Basics” by NVIDIA Developer: NVIDIA 官方提供的 CUDA C/C++ 基础教程,介绍了 CUDA 的基本概念和编程模型。链接:https://www.youtube.com/playlist?list=PLQsWgCkLzZc9cg4pIE1VvBJDY6Y7nF603
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“CUDA Programming” by Udacity: Udacity 提供的免费 CUDA 编程课程,涵盖了并行计算和 CUDA 编程的基础知识,包括并行算法、CUDA 内存管理、核函数编写等
链接:https://www.udacity.com/course/cuda-programming-nanodegree–nd891 -
“CUDA by Example” by NVIDIA Developer: 这个系列视频基于书籍《CUDA by Example》,通过实例演示了 CUDA 编程的各个方面,包括并行算法、内存管理、优化技巧等。
链接:https://www.youtube.com/playlist?list=PL13B6857105C64E1D -
“CUDA Video Lectures” by University of Illinois: 伊利诺伊大学提供的 CUDA 视频讲座系列,深入介绍了 CUDA 编程的高级概念和技术,包括并行优化、高级内存管理、动态并行等。
链接:https://www.youtube.com/playlist?list=PLUl4u3cNGP61Oq3tWYp6V_F-5jb5L2iHb -
这些视频资源将帮助您入门 CUDA 编程并提供深入的学习内容。根据您的经验和兴趣选择适合您的视频系列,并结合实际的编程练习来加深理解和应用。同时,您也可以在 NVIDIA Developer 网站、CUDA Toolkit 文档和相关论坛中寻找更多的学习资源和实践案例。
使用 #pragma unroll 进行循环展开的示例
#pragma unrollfor (int k_step = 0; k_step < CHUNK_K; k_step++) {wmma::fragment<wmma::matrix_a, M, N, K, __nv_bfloat16, wmma::row_major> a[WARP_COL_TILES];wmma::fragment<wmma::matrix_b, M, N, K, __nv_bfloat16, wmma::col_major> b[WARP_ROW_TILES];#pragma unrollfor (int i = 0; i < WARP_COL_TILES; i++) {size_t shmem_idx_a = (warpId/BLOCK_ROW_WARPS) * M * BLOCK_ROW_WARPS + (i * M);const __nv_bfloat16 *tile_ptr = &shmem[shmem_idx_a][k_step * K];wmma::load_matrix_sync(a[i], tile_ptr, K * CHUNK_K + SKEW_BF16);#pragma unrollfor (int j = 0; j < WARP_ROW_TILES; j++) {if (i == 0) {// Load the B matrix fragment once, because it is going to be reused// against the other A matrix fragments.size_t shmem_idx_b = shmem_idx_b_off + (WARP_ROW_TILES * N) * (warpId%2) + (j * N);const __nv_bfloat16 *tile_ptr = &shmem[shmem_idx_b][k_step * K];wmma::load_matrix_sync(b[j], tile_ptr, K * CHUNK_K + SKEW_BF16);}wmma::mma_sync(c[i][j], a[i], b[j], c[i][j]);}}}
#pragma unroll 是一个编译指示符,用于指示编译器对循环进行完全展开,以在编译时生成重复的代码。这样可以最大程度地利用硬件的并行性和流水线操作,提高代码的执行效率。
在上述代码段中,#pragma unroll 用于两个嵌套的循环:
外部循环:for (int k_step = 0; k_step < CHUNK_K; k_step++)
这个循环迭代 CHUNK_K 次,其中 CHUNK_K 是一个常量。通过 #pragma unroll,编译器会在编译时生成多个迭代的代码,而不是使用循环结构。这样可以减少循环开销,并允许指令级并行执行。
内部循环:for (int i = 0; i < WARP_COL_TILES; i++)
这个循环迭代 WARP_COL_TILES 次,其中 WARP_COL_TILES 是一个常量。通过 #pragma unroll,编译器会在编译时生成多个迭代的代码,以完全展开循环。这样可以消除循环开销,并允许并行执行多个迭代。
通过使用 #pragma unroll,可以有效地展开循环,减少循环开销,并提高代码的执行效率。需要注意的是,展开循环可能会增加生成的代码的大小,因此需要权衡代码大小和性能提升之间的关系,并根据具体情况进行选择。