CUDA并行计算编程基础
cuda使用教程
cuda使用教程CUDA（Compute Unified Device Architecture）是一种用于并行计算的平台和编程模型，可以利用GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）的强大计算能力来加速各种应用程序。
本文将为读者介绍如何使用CUDA进行并行计算，并提供一些基本的教程和示例。
要使用CUDA进行并行计算，我们需要一个支持CUDA的显卡。
大多数NVIDIA的显卡都支持CUDA，可以到NVIDIA官方网站查看显卡的兼容性列表。
另外，我们还需要安装NVIDIA的CUDA Toolkit，这是一个开发和运行CUDA程序的软件包。
安装完CUDA Toolkit后，我们就可以开始编写CUDA程序了。
CUDA 程序主要由两部分组成：主机代码（Host Code）和设备代码（Device Code）。
主机代码运行在CPU上，用于控制和管理CUDA设备；设备代码运行在GPU上，用于实际的并行计算。
在CUDA中，我们使用C/C++语言来编写主机代码，使用CUDA C/C++扩展来编写设备代码。
CUDA C/C++扩展是一种特殊的语法，用于描述并行计算的任务和数据的分配。
通过在设备代码中定义特定的函数（称为内核函数），我们可以在GPU上并行地执行这些函数。
下面是一个简单的示例，展示了如何使用CUDA计算两个向量的和：```c++#include <stdio.h>__global__ void vectorAdd(int* a, int* b, int* c, int n) { int tid = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;if (tid < n) {c[tid] = a[tid] + b[tid];}}int main() {int n = 1000;int *a, *b, *c; // Host arraysint *d_a, *d_b, *d_c; // Device arrays// Allocate memory on hosta = (int*)malloc(n * sizeof(int));b = (int*)malloc(n * sizeof(int));c = (int*)malloc(n * sizeof(int));// Initialize host arraysfor (int i = 0; i < n; i++) {a[i] = i;b[i] = i;}// Allocate memory on devicecudaMalloc((void**)&d_a, n * sizeof(int));cudaMalloc((void**)&d_b, n * sizeof(int));cudaMalloc((void**)&d_c, n * sizeof(int));// Copy host arrays to devicecudaMemcpy(d_a, a, n * sizeof(int), cudaMemcpyHostToDevice);cudaMemcpy(d_b, b, n * sizeof(int), cudaMemcpyHostToDevice);// Launch kernelint block_size = 256;int grid_size = (n + block_size - 1) / block_size;vectorAdd<<<grid_size, block_size>>>(d_a, d_b, d_c, n); // Copy result back to hostcudaMemcpy(c, d_c, n * sizeof(int), cudaMemcpyDeviceToHost);// Print resultfor (int i = 0; i < n; i++) {printf("%d ", c[i]);}// Free memoryfree(a);free(b);free(c);cudaFree(d_a);cudaFree(d_b);cudaFree(d_c);return 0;}```在这个示例中，我们首先定义了一个内核函数`vectorAdd`，用于计算两个向量的和。
2024版CUDA编程入门极简教程
行划分，每个线程处理一部分数据；任务并行是将任务划分为多个子任
务，每个线程执行一个子任务。
02
共享内存与全局内存
CUDA提供共享内存和全局内存两种存储空间。共享内存位于处理器内
部，访问速度较快，可用于线程间通信；全局内存位于处理器外部，访
问速度较慢，用于存储大量数据。
03
异步执行与流
CUDA支持异步执行，即CPU和GPU可以同时执行不同的任务。通过创
2023
PART 02
CUDA环境搭建与配置
REPORTING
安装CUDA工具包
下载CUDA工具包
01
访问NVIDIA官网，下载适用于您的操作系统的CUDA工具包。
安装CUDA工具包
02
按照安装向导的指示，完成CUDA工具包的安装。
验证安装
03
安装完成后，可以通过运行CUDA自带的示例程序来验证算，每个线 程处理一个子任务。计算完成后， 将结果从设备内存传输回主机内 存，并进行必要的后处理操作。
2023
PART 05
CUDA优化策略与技巧
REPORTING
优化内存访问模式
合并内存访问
通过确保线程访问连续的内存地址，最大化内 存带宽利用率。
使用共享内存
利用CUDA的共享内存来减少全局内存访问， 提高数据重用。
避免不必要的内存访问
精心设计算法和数据结构，减少不必要的内存读写操作。
减少全局内存访问延迟
使用纹理内存和常量内存
利用CUDA的特殊内存类型，如纹理内存和常量内存，来加速数 据访问。
数据预取和缓存
通过预取数据到缓存或寄存器中，减少全局内存访问次数。
展望未来发展趋势
CUDA与深度学习
cuda编程原理
cuda编程原理CUDA编程原理CUDA（Compute Unified Device Architecture）是由NVIDIA公司推出的一种并行计算平台和编程模型，用于利用GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）进行高性能计算。
CUDA编程原理是理解和掌握CUDA编程的基础，下面将介绍CUDA编程的原理和相关概念。
1. 并行计算模型CUDA采用了SIMD（Single Instruction Multiple Data）并行计算模型，即将多个数据同时交给多个处理单元并行处理。
在CUDA中，将数据划分为多个线程块（thread block），每个线程块中包含多个线程（thread），而线程是最小的执行单元。
线程块被分配到GPU的多个多处理器上进行并行执行，从而实现高性能计算。
2. 程序结构CUDA程序由主机端和设备端两部分组成。
主机端代码运行在CPU上，负责控制设备端的操作。
设备端代码运行在GPU上，负责实际的计算任务。
主机端和设备端之间通过数据传输和函数调用进行通信。
3. 内存体系在CUDA中，GPU上的内存分为全局内存、共享内存、常量内存和寄存器等几种类型。
全局内存是所有线程可见的，适合存储全局变量和大规模数据；共享内存是线程块内共享的，适合存储线程间需要共享的数据；常量内存用于存储只读数据，可以提高访问效率；寄存器是每个线程私有的，用于存储临时变量和计算结果。
4. 核函数在CUDA中，核函数（kernel function）是在GPU上执行的函数，由主机端调用。
核函数在每个线程上执行一次，可以同时执行多个线程。
核函数可以通过内置变量blockIdx、threadIdx等来获取线程的索引和线程块的索引，从而实现并行计算。
5. 线程同步在CUDA中，线程同步是保证线程之间协同工作的重要机制。
CUDA 提供了多种线程同步的方式，如线程栅栏（__syncthreads()）、互斥锁（__syncthreads()）和原子操作等。
CUDA编程入门
/*
在GPU上计算PI的程序，要求块数和块内线程数都是2的幂
前一部分为计算block内归约，最后大小为块数
后一部分为单个block归约，最后存储到*pi中。
*/
/*
在GPU上计算PI的程序，要求块数和块内线程数都是2的幂
前一部分为计算block内归约，最后大小为块数
for(int i=0;i<num;i++){
temp=(i+0.5f)/num;
// printf("%f\n",temp);
sum+=4/(1+temp*temp);
// printf("%f\n",sum);
blockIdx, blockIdx也是一个包含三个元素x,y,z的结构体，分别表示当前线程所在块在网格中x,y,z三个方向上的索引；
threadIdx, threadIdx也是一个包含三个元素x,y,z的结构体，分别表示当前线程在其所在块中x,y,z三个方向上的索引；
warpSize，warpSize表明warp的尺寸，在计算能力为1.0的设备中，这个值是24，在1.0以上的idia官方网站(/object/cuda_get_cn.html)上下载对应操作系统的驱动(driver)和工具包(toolkit)。
再次，转换到控制台，命令为Ctrl+Alt+F1/F2/F3/F4，关掉gdm，命令为：sudo /etc/init.d/gdm stop，要确定已经关闭，否则在安装时会提示你有ｘ server程序在运行。
再次，进入driver和toolkit目录，执行安装命令,为了方便，请一定按照默认安装。
GPU并行计算与CUDA编程01
GPU并行计算与CUDA编程第1课本周介绍内容∙0. 课程参考资料∙ 1. GPU并行计算的原理与意义∙ 2. CUDA硬件环境，体系结构，常见的显卡型号与性能，显卡的选择与显存需求估计∙ 3. CUDA软件环境介绍，包括平台、架构、开发工具和热点技术∙ 4. 租用AWS云服务的环境搭建步骤∙ 5. 本地机器的环境搭建步骤0.课程参考资料1. GPU并行计算的原理与意义∙CPU和GPU的区别∙图片来自NVIDIA CUDA文档。
其中绿色的是计算单元，橙红色的是存储单元，橙黄色的是控制单元。
∙GPU采用了数量众多的计算单元和超长的流水线，但只有非常简单的控制逻辑并省去了Cache。
而CPU不仅被Cache 占据了大量空间，而且还有有复杂的控制逻辑和诸多优化电路，相比之下计算能力只是CPU很小的一部分CPU的发展：处理器越来越小，处理速度越来越快，处理核变多。
为什么CPU不可以一直沿着趋势发展下去？∙性能(低延时性Latency)与吞吐量(Throughput)∙Cache, local memory： CPU > GPU∙Threads(线程数): GPU > CPU∙Registers: GPU > CPU 多寄存器可以支持非常多的Thread,thread需要用到register,thread数目大，register也必须得跟着很大才行。
CPU：基于低延时性设计∙ALU：CPU有强大的ALU（算术运算单元）,它可以在很少的时钟周期内完成算术计算。
∙当今的CPU可以达到64bit 双精度。
执行双精度浮点源算的加法和乘法只需要1～3个时钟周期。
∙CPU的时钟周期的频率是非常高的，达到1.532～3gigahertz(千兆HZ, 10的9次方).∙Cache：大的缓存也可以降低延时。
保存很多的数据放在缓存里面，当需要访问的这些数据，只要在之前访问过的，如今直接在缓存里面取即可。
∙Control：复杂的逻辑控制单元。
cuda 数组并行计算
cuda 数组并行计算CUDA是一种并行计算平台和编程模型，它使得GPU能够进行高效的并行计算。
在CUDA中，通过使用数组并行计算的方法，可以加速各种类型的计算任务，从而提高计算效率。
在传统的CPU计算中，计算任务是按照顺序逐个执行的，而在GPU中，可以同时执行多个相同类型的计算任务，这就是并行计算的概念。
而使用CUDA进行数组并行计算，可以充分利用GPU的并行计算能力，加速计算过程。
数组并行计算的基本思想是将计算任务分解成多个小任务，然后将这些小任务分配给不同的GPU线程进行并行计算。
每个GPU线程负责处理一个小任务，通过同时执行多个线程，可以同时处理多个小任务，从而提高计算效率。
在CUDA中，可以使用CUDA C/C++编程语言来编写并行计算的代码。
CUDA提供了一系列的库函数和语法扩展，可以方便地进行GPU编程。
在CUDA编程中，可以使用CUDA核函数来定义并行计算任务，然后通过调用CUDA核函数来启动并行计算。
在进行数组并行计算时，需要将数据分配到GPU的全局内存中。
在CUDA中，可以使用CUDA内存管理函数来进行数据的传输和管理。
通过将数据存储到GPU的全局内存中，可以让GPU线程可以直接访问数据，从而避免了数据的频繁传输，提高了计算效率。
在进行数组并行计算时，需要合理地划分计算任务和数据，以充分利用GPU的并行计算能力。
可以根据计算任务的特点和数据的分布情况，选择合适的并行计算策略。
例如，可以使用线程块和线程的层次结构来管理并行计算，以提高计算效率。
除了基本的数组并行计算，CUDA还提供了一些高级的并行计算技术。
例如，可以使用CUDA的共享内存来提高数据访问效率，可以使用CUDA的纹理内存来提高数据的读取性能，可以使用CUDA 的常量内存来提高常量数据的访问速度等。
CUDA的数组并行计算是一种高效的并行计算方式，可以提高计算效率。
通过合理地划分计算任务和数据，使用CUDA的并行计算能力，可以加速各种类型的计算任务。
计算机编程并行程序设计基础知识了解并行程序设计的模型和工具
计算机编程并行程序设计基础知识了解并行程序设计的模型和工具计算机编程并行程序设计基础知识：了解并行程序设计的模型和工具计算机编程中的并行程序设计是一种重要的技术，通过同时执行多个任务来提高程序的性能和效率。
在现代计算机系统中，利用多核处理器和分布式计算等并行计算技术，可以更好地利用计算资源，实现更高效的程序运行。
本文将介绍并行程序设计的基础知识，包括并行计算模型和常用的并行程序设计工具。
通过了解这些知识，读者可以更好地理解并行计算的概念和原理，为编写高效的并行程序打下基础。
1. 并行计算模型在并行程序设计中，有几种常用的并行计算模型，包括共享内存模型、分布式内存模型和混合内存模型。
1.1 共享内存模型共享内存模型是一种采用共享内存的方式进行并行计算的模型。
在这个模型中，多个处理器可以同时访问同一个共享内存空间，从而实现数据共享和通信。
1.2 分布式内存模型分布式内存模型是一种采用分布式内存的方式进行并行计算的模型。
在这个模型中，每个处理器都有自己的独立内存空间，通过消息传递的方式进行数据通信和同步。
1.3 混合内存模型混合内存模型是一种将共享内存和分布式内存相结合的并行计算模型。
在这个模型中，多个处理器可以访问共享内存，并通过消息传递的方式进行通信和同步。
2. 并行程序设计工具为了方便开发者进行并行程序设计，有一些常用的并行程序设计工具可供使用。
下面介绍几种常见的工具。
2.1 OpenMP（开放多处理器）OpenMP是一种基于共享内存模型的并行程序设计工具，它可以通过在源代码中插入指令来实现并行计算。
通过使用OpenMP，开发者可以简单地将串行程序转换为并行程序，并利用多核处理器的性能优势。
2.2 MPI（消息传递接口）MPI是一种基于消息传递模型的并行程序设计工具，它可以在分布式内存系统中实现多个处理器之间的通信和同步。
通过使用MPI，开发者可以将任务分配给不同的处理器，并通过消息传递进行数据交换和协调。
CUDA基础知识总结
13
同步与通信机制
2024/1/26
同步机制
CUDA提供了多种同步机制，用于协调不同线程之间的执行顺序。常用的同步机制包括 __syncthreads()函数、原子操作（atomic operations）和信号量（semaphores）等。
通信机制
在CUDA编程中，不同线程之间需要进行数据交换和通信。CUDA提供了多种通信机制， 包括共享内存、全局内存和纹理内存等。此外，还可以通过CUDA流（Streams）实现不 同线程之间的异步通信。
一个独立的性能分析工具，用 于分析CUDA程序的执行时间 和资源占用情况。
2024/1/26
18
05 CUDA高级特性
2024/1/26
19
共享内存与原子操作
2024/1/26
共享内存
CUDA中的共享内存是位于GPU芯片上的高速内存，可以被同一线程块中的所有 线程共享。使用共享内存可以显著提高线程间的数据交换速度，从而提升程序的 性能。
CUDA核心（CUDA Cores）
执行浮点运算、整数运算和逻辑运算的处理器。
CUDA流处理器（Streaming Multipr…
包含多个CUDA核心，共享指令缓存、寄存器文件等资源的处理器集群。
2024/1/26
CUDA内存（CUDA Memory）
包括全局内存、共享内存、常量内存和纹理内存等，用于存储和访问数据。
线程层次结构
CUDA线程分为网格（Grid）、块（Block）和线程（ Thread）三个层次，网格由多个块组成，块由多个线程组 成。这种层次结构方便了对线程的组织和管理。
并行执行
CUDA支持大量线程的并行执行，通过合理的线程组织和调 度，可以充分利用GPU的计算资源，提高程序的执行效率 。