高性能计算CUDA-opt
高性能运算技术-CUDA
高性能运算技术——CUDA[摘要]在游戏和3D等的推动作用下,GPU得到快速的发展,目前其运算速度已经大大超过CPU,为了充分利用有限的资源,有必要将其用于除了图像处理之外的领域。
但是传统的GPGUP模式使用受到图形API的限制,而且开发困难,难以得到发展。
CUDA的出现解决了以上问题,给GPGPU的发展带来新的希望,是计算机技术领域中的一大突破。
什么是CUDA在介绍CUDA之前,不得不先介绍一个硬件——GPU(Graphic Processing Unit 图形处理单元)。
顾名思义,这是专业处理图形信息的核心处理器,是现代显卡的核心部件。
早期的计算机图形处理相对简单,图形、视频等需要大量运算的功能都是交由CPU(Central Processing Unit中央处理器)独立完成。
但是随着人们对图形视觉要求的不断提高,尤其是大量3D图形,高清影视,3D游戏的出现,人们发现庞大的图形数据计算量已经超出CPU承载能力。
为了满足海量数据的图形计算需求,人们将图形计算功能脱离出来,为其设计一块专门的芯片,这就是GPU。
1999年NVIDIA公司首先提出GPU的概念,起初的设计的宗旨只是实现图形加速。
但是在其出现之后,在游戏产业的推动下,GPU得到飞跃的发展,基本上平均每6个月就有性能翻倍的产品面世,短短几年间,GPU的运算能力就已远远超越了CPU。
人们开始觉得如此强大的计算能力如果只能应用在图形方面,对计算资源来说是一个极大的浪费。
为了能够在图形计算之外的更多领域发挥GPU强大的计算功能,人们开始研究如何能够利用GPU完成图形数据之外的数据运算,从而提出了GPUG(General-purpose computing on graphics processing units 通用计算图形处理单元)的概念。
但是传统的通用计算图形处理单元(GPGPU)存在很大的不便。
原因在于:首先,传统GUGPU是通过图形API间接使用GPU的计算能力,导致应用程序的运行依赖于庞大的图形库,同时要求变成人员必须掌握图形库相关的技术;其次,GPU的运算功能受限于图形API,导致GPU在使用上存在许多局限。
CUDA基本介绍
如何选购硬件
目前(2008. 12)只有CUDA能够完全发挥新一 代GPU的全部计算能力。Nvidia的G80以上的 GPU能够支持CUDA。
GT200系列不仅性能更强,而且具有很多实用 的新特性
Tesla专用流处理器拥有更大的显存和更高的核 心频率,通过降低显存频率,屏蔽不需要的图形 单元和改善散热获得了更好的稳定性,适合服务 器或者集群使用
CUDA基本介绍
基于Nvidia GPU的通 用计算开发 张舒
电子科技大学 电子工程学院 06级硕士研究生 信号探测与获取技术专业 研究方向:合成孔径雷达成像与雷达目标像识别 信号处理与模式识别的算法与硬件实现研究
GPU的优势
强大的处理能力 GPU接近1Tflops/s
高带宽
140GB/s
不适合的应用
需要复杂数据结构的计算如树,相关矩阵,链表, 空间细分结构等,则不适用于使用GPU进行计 算。
串行和事务性处理较多的程序 并行规模很小的应用,如只有数个并行线程 需要ms量级实时性的程序
需要重新设计算法和数据结构或者打包处理
CUDA 执行模型
重点是将CPU做为终端(Host),而GPU做为服务 器(Server)或协处理器(Coprocessor),或者设备 (Device),从而让GPU来运行一些能够被高 度线程化的程序。
Kernel不是一个完整的程序,而只是其中的一个 关键并行计算步
Kernel以一个网格(Grid)的形式执行,每个网格 由若干个线程块(block)组成,每一个线程块 又由最多512个线程(thread)组成。
grid block thread
一个grid最多可以有65535 * 65535个block 一个block总共最多可以有512个thread,在三个
opencl代替cuda的用法
OpenCL和CUDA是两种用于并行计算的框架,它们可以用于加速应用程序的运行速度。
OpenCL和CUDA都有自己的优势和劣势,因此在选择并行计算框架时,需要根据具体的应用场景来选择合适的框架。
在本文中,我们将探讨使用OpenCL代替CUDA的一些常见用法,包括在不同评台上的应用、性能比较以及迁移的一些技巧。
一、OpenCL和CUDA的简介1. OpenCLOpenCL是一种跨评台的并行计算框架,它可以在不同的硬件评台上使用,包括CPU、GPU和FPGA等。
OpenCL的核心思想是将计算任务分发给不同的计算单元,并行执行,从而提高计算速度。
OpenCL采用基于C语言的编程模型,并提供了丰富的API接口,方便开发人员编写并行计算程序。
2. CUDACUDA是由NVIDIA推出的并行计算框架,它主要用于在NVIDIA的GPU上进行并行计算。
CUDA使用基于C语言的编程模型,提供了丰富的库函数和工具,方便开发人员利用GPU的并行计算能力。
相比于OpenCL,CUDA在NVIDIA的GPU上有更好的性能和兼容性。
二、OpenCL代替CUDA的用法在一些场景下,由于硬件评台的限制或者其他原因,开发人员可能需要将原本使用CUDA编写的并行计算程序迁移到OpenCL上。
下面我们将介绍一些常见的用法,以及在使用OpenCL代替CUDA时需要注意的一些问题。
1. 在不同硬件评台上的应用由于OpenCL是一种跨评台的并行计算框架,因此可以在不同的硬件评台上使用。
在某些情况下,由于硬件评台的限制,开发人员可能需要将原本使用CUDA编写的程序迁移到OpenCL上。
在这种情况下,需要注意的是,不同的硬件评台可能对OpenCL的支持程度有所不同,因此在迁移时需要做好充分的测试,确保程序能够正常运行。
2. 性能比较在将CUDA程序迁移到OpenCL上时,开发人员需要对程序的性能进行评估和比较。
由于CUDA和OpenCL在硬件上的实现方式不同,因此在一些情况下,它们对于相同的并行计算任务可能会有不同的性能表现。
训练大模型需要的配置
训练大模型需要的配置在训练大模型时,需要考虑多个方面的配置参数。
本文将介绍一些重要的配置要素,从硬件要求到数据预处理等方面。
1.硬件配置:训练大模型通常需要大量的计算资源和存储空间。
以下是一些硬件配置的建议:- CPU:建议使用具有高核心数和高速缓存的服务器级处理器,如英特尔的Xeon系列或AMD的EPYC系列。
-内存(RAM):对于大型模型,建议至少16GB的内存,但最好是32GB甚至更多。
- GPU:训练大模型往往需要大量的图形处理单元(GPU)来加速计算。
优先选择具有高显存和高计算能力的GPU,如NVIDIA的RTX 30系列或Titan系列。
-存储:训练大模型需要大容量的存储空间来保存模型参数、训练数据和训练日志等。
SSD(固态硬盘)比传统的机械硬盘(HDD)更快,因此可以提供更好的性能。
2.软件环境:合适的软件环境对于训练大模型也是非常重要的。
以下是一些常用的软件配置要求:-操作系统:选择适用于深度学习的操作系统,如Ubuntu或CentOS,因为它们更有利于设置深度学习环境。
-深度学习框架:选择流行且功能强大的深度学习框架,如TensorFlow、PyTorch或Keras。
确保使用框架的最新版本,并根据硬件配置选择相应的GPU加速版本。
- CUDA和cuDNN:如果使用NVIDIA GPU进行训练,需要安装合适的CUDA和cuDNN版本以实现加速计算。
- Python:深度学习框架通常使用Python进行开发和训练。
建议使用Python 3.x版本,并安装必要的包和依赖项。
3.训练参数调优:在训练大模型时,选择合适的参数对于加快训练速度和提高模型性能至关重要。
以下是一些常见的参数和技巧:-学习率(Learning Rate):学习率控制模型参数的更新速度。
合适的学习率可以加快收敛速度并提高模型性能。
可以尝试不同的学习率策略,如学习率衰减或自适应学习率。
-批次大小(Batch Size):选择合适的批次大小以在GPU上进行高效的并行计算。
cuda均值滤波
CUDA是一种并行计算平台和编程模型,用于在NVIDIA GPU上加速计算任务。
均值滤波是一种图像处理技术,用于平滑图像并减少噪声。
结合CUDA和均值滤波,可以通过并行计算在GPU上高效地实现图像的均值滤波。
下面是使用CUDA进行均值滤波的大致步骤:
1. 将图像数据从主机(CPU)内存复制到GPU设备内存。
2. 在GPU上创建一个与原始图像相同大小的输出缓冲区。
3. 使用CUDA核函数(也称为GPU内核)来对每个像素进行均值计算。
- 在均值计算期间,将像素周围的邻域像素值相加,并求得平均值。
4. 将结果从GPU设备内存复制回主机内存。
5. 可选地,对输出图像进行进一步处理或显示。
需要注意的是,实现具体的CUDA均值滤波算法可能涉及到以下方面:
- 图像的分割和划分:将图像划分为小块,每个块由一个线程块(thread block)处理。
- 内存访问模式:利用共享内存(shared memory)来提高访问效率。
- 线程协作:在一个线程块中的线程之间进行数据通信和同步。
- 边界处理:对于图像边缘的像素,需要进行特殊处理,以防止越界访问。
以上是大致的步骤和注意事项。
具体实现细节可以根据具体情况和需求进行调整和优化。
1。
连通域标记的gpu并行算法——基于cuda方法
连通域标记的gpu并行算法——基于cuda方法标题:连通域标记的GPU并行算法——基于CUDA方法在图像处理领域,连通域标记是一项基础且关键的技术,广泛应用于机器视觉、目标检测和跟踪等领域。
随着图像数据量的激增,对连通域标记算法的实时性和效率提出了更高的要求。
本文将介绍一种基于GPU并行计算的连通域标记算法,借助CUDA(Compute Unified Device Architecture)技术,实现高效、快速的图像连通域标记。
一、背景介绍连通域标记算法旨在将图像中连通的像素点分为若干区域,并为每个区域分配一个唯一的标签。
在传统CPU架构下,这类算法的计算复杂度较高,难以满足大规模图像数据的实时处理需求。
随着GPU计算能力的不断提升,基于GPU的并行算法逐渐成为解决这一问题的有效途径。
二、CUDA并行算法设计1.初始化阶段:将图像数据从CPU内存传输到GPU内存,并为每个像素分配一个唯一的标签。
2.并行处理阶段:(1)使用CUDA的线程层次结构,将图像划分为若干个相互独立的小块,每个线程块负责处理一个块内的像素。
(2)在每个线程块内部,利用共享内存存储当前像素及其邻域像素的标签信息,以便进行局部连通域标记。
(3)根据连通域的定义,比较当前像素与其邻域像素的标签,若满足连通条件,则将它们合并为同一个连通域。
(4)通过原子操作,确保在全局内存中为每个连通域分配一个唯一的标签。
3.收敛阶段:重复执行并行处理阶段,直至所有像素的标签不再发生变化。
三、算法优化1.内存访问优化:通过合理设置线程块大小和共享内存使用策略,减少全局内存访问次数,降低内存带宽压力。
2.数据传输优化:采用异步数据传输技术,提高CPU与GPU之间的数据传输效率。
3.指令优化:针对GPU架构特点,优化CUDA指令集,提高算法执行速度。
四、实验与分析1.实验环境:使用NVIDIA GPU(如Tesla P100、GTX 1080等)和CUDA开发环境。
CUDA入门(理论)
CUDA入门(理论)-- 李正洲整理编辑一、关于CPU和GPU1、CPUCPU(中央处理器)是一台计算机的运算核心和控制核心。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。
2、GPUGPU英文全称Graphic Processing Unit,中文翻译为“图形处理器”。
GPU是相对于CPU 的一个概念,由于在现代的计算机中(特别是家用系统,游戏的发烧友)图形的处理变得越来越重要,需要一个专门的图形的核心处理器。
GPU是显示卡的“大脑”,它决定了该显卡的档次和大部分性能,同时也是2D显示卡和3D显示卡的区别依据。
2D显示芯片在处理3D图像和特效时主要依赖CPU的处理能力,称为“软加速”。
3D显示芯片是将三维图像和特效处理功能集中在显示芯片内,也即所谓的“硬件加速”功能。
显示芯片通常是显示卡上最大的芯片(也是引脚最多的)。
现在市场上的显卡大多采用NVIDIA和ATI两家公司的图形处理芯片。
3、CPU与GPU的比较GPU相当于专用于图像处理的CPU,正因为它专一,所以它强,在处理图像时它的工作效率远高于CPU,但是CPU是通用的数据处理器,在处理数值计算时是它的强项,它能完成的任务是GPU无法代替的,所以不能用GPU来代替CPU。
1)使用显示芯片来进行运算工作,和使用 CPU 相比,主要有几个好处:1.显示芯片通常具有更大的内存带宽。
例如,NVIDIA 的 GeForce 8800GTX 具有超过50GB/s 的内存带宽,而目前高阶 CPU 的内存带宽则在 10GB/s 左右。
2.显示芯片具有更大量的执行单元。
例如 GeForce 8800GTX 具有 128 个 "streamprocessors",频率为 1.35GHz。
CPU 频率通常较高,但是执行单元的数目则要少得多。
3.和高阶 CPU 相比,显卡的价格较为低廉。
例如目前一张 GeForce 8800GT 包括512MB 内存的价格,和一颗 2.4GHz 四核心 CPU 的价格相若。
深入浅出谈CUDA_基于显卡的高性能并行计算_
深入浅出谈CUDA_基于显卡的高性能并行计算_CUDA的核心思想是将计算任务分成数以千计的小任务,并且在显卡上同时进行执行,从而可以大大提高计算速度。
与传统的CPU计算相比,显卡有着更多的计算核心,并且能够同时进行多个计算任务,因此在一些并行计算任务中,显卡的计算能力可以远远超过CPU。
CUDA编程模型是基于线程的,并且支持SIMD(Single Instruction, Multiple Data)并行计算,即每个线程执行相同的指令,但可以处理不同的数据。
CUDA将线程组织成网格、块和线程的形式,其中网格代表了整个计算任务,块代表了执行这个任务的线程组,线程就是具体执行计算的单元。
通过合理的划分线程块和线程网格,开发者可以充分利用显卡的计算能力,实现高性能的并行计算。
CUDA的编程模型相较于传统的CPU编程模型来说较为复杂,需要开发者熟悉一些GPU的硬件细节,例如线程、线程块、共享内存等。
但是,随着CUDA的发展,NVIDIA提供了大量的工具和库来简化CUDA开发,如CUDA Toolkit、CUDA深度学习库等,大大降低了CUDA的学习门槛,使得更多开发者能够利用显卡的计算能力进行高性能计算。
CUDA广泛应用于各个领域的科学计算中,例如大规模数据分析、机器学习、深度学习、图像处理等。
通过合理使用CUDA编程,开发者可以极大地提高计算任务的速度,并且可以在显卡上同时进行多个计算任务,提高了计算效率。
虽然CUDA是一种非常强大的并行计算平台,但也有一些限制。
首先,CUDA只能在NVIDIA的显卡上运行,限制了其适用范围;其次,CUDA编程相较于传统的CPU编程来说略显复杂,需要一定的学习成本;最后,由于显卡的功耗和散热问题,CUDA在一些情况下可能受到限制。
总之,CUDA是一种基于显卡的高性能并行计算平台,能够充分利用显卡的计算能力来提高计算任务的速度。
随着CUDA的发展,越来越多的领域开始采用CUDA进行高性能计算,将显卡的计算能力发挥到极致,推动了计算科学的研究和应用的发展。
GPU与CUDA简介
GPU 与CUDA 简介上海超级计算中心 研发部 徐磊Outline• • • • • • GPU简介 GPU(Tesla)系统架构 CUDA Architecture CUDA Programming Model 基于NVIDIA GPU的应用结果展示 CUDA实践一、GPU简介Graphic Processing Unit (GPU) • 用于个人计算机、工作站和游戏机的专用图像显示设 • NVIDIA和AMD(ATI)是主要制造商GPU与CPU硬件架构的对比• CPU:面向通用计算;大量的晶体管用于Cache和控制电路 • GPU:面向计算密集型和大量数据并行化的计算;大量的晶体 管用于计算单元Control ALU ALU CacheDRAM DRAMALU ALUCPUGPUGPU的强大运算能力•浮点运算性能比较•存储器带宽比较CUDA成功案例广泛应用于生命科学、机械、石油、金融、数学、天文和通信等行业二、GPU(Tesla)系统架构Tesla C1060 Computing ProcessorProcessor Number of cores Core Clock On-board memory Memory bandwidth Memory I/O Single/Double Precision floating point performance (peak) System I/O Typical power 1 x Tesla T10 240 1.296 GHz 4.0 GB 102 GB/sec peak 512-bit, 800MHz GDDR3933 / 78 GFlopsPCIe x16 Gen2 160 WGPU(Tesla) 系统架构系统组成:10 TPC(Thread Processor Cluster) 3 SM(Stream Multiprocessor)/TPC 8 SP(Stream Processor)/SMTesla Streaming Multiprocessor (SM)• SM 包含8个SP– 支持IEEE 754 32-bit floating point – 支持32-bit and 64-bit integer – 包含16K 32-bit registers• SM 包含2个SFU单元(Special Function Units ) • SM 包含1个DP(Double Precision Unit)– 支持IEEE 754 64-bit floating point• 16KB 共享内存– Concurrent threads share data – Low latency load/store三、CUDA ARCHITECTURECUDA --COMPUTE UNIFIED DEVICE ARCHITECTUREGPU上的通用编程模型-单指令、多数据执行模式 (SIMD)• 所有线程执行同一段代码 • 大量并行计算资源处理不同数据CPU Serial Code...GPU Parallel KernelCPU Serial Code ...GPU Parallel KernelC for CUDA and OpenCLC for CUDA适合熟悉C 的开发人员 使用倾向于使用底层 API的开发人员 使用 编译器生成的中间代码OpenCLPTXGPUCUDA软件体系应用程序可以使用CUDA Libraries、CUDA Runtime API和 CUDA Driver API从3个层次使用GPU资源四、CUDA PROGRAMMING MODELCUDA设备与线程• 计算设备(device)– 作为CPU(host)的协处理器 – 有独立的存储设备(device memory) – 同时启动大量线程• 计算密集部分使用大量线程并行的kernel,在GPU上 执行 • GPU与CPU线程的区别– GPU的线程非常轻量,线程切换~1 cycle,而CPU需要~1000 cycle – GPU上的线程数>1000时才能有效利用GPU的计算能力CUDA执行模型Host Device Grid 1Block (0, 0) Block (0, 1) Block (1, 0) Block (1, 1) Block (2, 0) Block (2, 1)• Thread: 并行的基本单位 • Thread block: 互相合作的线程 组– – – – – Cooperative Thread Array (CTA) 允许彼此同步 通过快速共享内存交换数据 以1维、2维或3维组织 最多包含512个线程serial codeKernel 1serial codeGrid 2 Kernel 2• Grid: 一组thread block– 以1维或2维组织 – 共享全局内存Block (1, 1)Thread (0, 0) Thread (0, 1) Thread (0, 2) Thread (1, 0) Thread (1, 1) Thread (1, 2) Thread (2, 0) Thread (2, 1) Thread (2, 2) Thread (3, 0) Thread (3, 1) Thread (3, 2) Thread (4, 0) Thread (4, 1) Thread (4, 2)• Kernel: 在GPU上执行的核心程序– One kernel ↔ one grid软硬件映射Block被分配到一个SM中CUDA存储器模型• R/W per-thread registers– 1-cycle latency• R/W per-thread local memory– Slow – 如果register存不下将被放入global memory• R/W per-block shared memory– 1-cycle latency – 使用__shared__定义• R/W per-grid global memory– ~500-cycle latency – 使用__device__定义• Read only per-grid constant and texture memories– ~500-cycle latency, 但是拥有缓存GPU Global Memory分配cudaMalloc()z分配显存中的global memoryz两个参数•对象数组指针和数组尺寸cudaFree()z释放显存中的global memory•对象数组指针int blk_sz= 64;float* Md;int size = blk_sz* blk_sz* sizeof(float);cudaMalloc((void**)&Md, size);…Host –Device数据交换•cudaMemcpy()–Memory data transfer–Requires four parameters•Pointer to destination•Pointer to source•Number of bytes copied•Type of transfer–Host to Host, Host to Device,Device to Host, Device to Device cudaMemcpy(Md, M.elements, size,cudaMemcpyHostToDevice); cudaMemcpy(M.elements, Md, size,cudaMemcpyDeviceToHost);CUDA 函数定义•__global__ 定义kernel 函数–必须返回void •__device__ 函数–不能用&运算符取地址, 不支持递归调用, 不支持静态变量(static variable), 不支持可变长度参数函数调用Executed on the:Only callable from the:__device__float DeviceFunc()device device __global__void KernelFunc()device host __host__float HostFunc()hosthostKernel函数调用•调用时必须给出线程配置方式__global__ void KernelFunc(...);dim3 DimGrid(100, 50); // 5000 thread blocksdim3 DimBlock(4, 8, 8); // 256 threads per blocksize_t SharedMemBytes= 64; // 64 bytes of shared memory per block KernelFunc<<< DimGrid, DimBlock, SharedMemBytes>>>(...);CUDA C示例:向量相加VecAdd//main.c文件,计算向量A+B,结果//保存于向量C中#define size 100int main(int argc, char *argv[]){int bytes = size * sizeof(float)float *A = (float*)malloc(bytes); //Host端分配内存float *B = (float*)malloc(bytes);float *C = (float*)malloc(bytes);int i= 0;float*d_A, *d_B, *d_C;cudaMalloc((void **)&d_A, bytes); //device端分配内存cudaMalloc((void **)&d_B, bytes);cudaMalloc((void **)&d_C, bytes);for(i= 0; i< size; i++){A[i] = i/3.0;B[i] = i/7.0;}cudaMemcpy(d_A, A, bytes, cudaMemcpyHostToDevice);//内存拷贝cudaMemcpy(d_B, B, bytes, cudaMemcpyHostToDevice);VecAdd<<<1,100>>>(d_A, d_B, d_C); //lanuch kernelcudaMemcpy(C, d_C, bytes, cudaMemcpyDeviceToHost);//获取结果return 0;//kernel.cu文件__global__ void VecAdd(float *d_A, float *d_B, float *d_C) {int tid= threadIdx.x;//内建变量,获取线程IDd_C[tid] = d_A[tid] + d_B[tid];}CUDA C 程序的编译CUDACC KernelsfilesRest of C ApplicationfilesCPU-GPU NVCCApplicationCombined CPU-GPU CodeCUDA程序的编译•使用nvcc编译工具nvcc<filename>.cu [-o excutable]•调试选项:-g(debug)、-deviceemu(CPU模拟GPU)五、基于NVIDIA GPU的应用结果展示GPU上应用案例•Amber 11(著名的分子动力学软件,用于蛋白质、核酸、糖等生物大分子的计算模拟)–PMEMD (“Particle Mesh Ewald Molecular Dynamics,” ): sander的GPU版本, 针对Nvidia CUDA进行优化•Gromacs(生物分子体系的分子动力学程序包):–Gromacs4.5-beta 1 支持GPU–GPU加速采用SimBios的openMM2.0库•NAMD(用于在大规模并行计算机上快速模拟大分子体系的并行分子动力学代码)–NAMD 2.7b2支持GPUGPU上应用案例•AutoDock:–计算机辅助药物设计软件,2010/4开源–运行方式:AUTODOCKHOME/autodock4 –p <parameter file>•天体多体问题astrophysics–Gadget-2–颗粒部分移植到GPU上,气体模拟部分SPH没有GPU版本•LAMMPS(大规模原子分子并行模拟器)–目前支持L-J和Gay-Berne势能函数–和Gadget-2类似,对颗粒间作用力计算在GPU上加速AMBER•测试平台–GPU :Tesla C1060;峰值性能: 933 GFlops ;显存: 4GB–CPU :AMD Barcelona Opteron 1.9GHz, 16 cpu cores 64GB;intel 11.1,mpich IB version24681012DHFR NVE = 23,558 atoms DHFR NPT = 23,558 atoms FactorIX NVE = 90,906 atoms Cellulose NVE= 408,609ns/day Explicit Solvent PME BencmarkCPU GPU$AMBERHOME/bin/pmemd.cuda -O -i mdin -o mdout -p prmtop -c inpcrd -r restrt -x mdcrdAMBER5101520253035Myoglobin = 2492 atomsImplicit Solvent GBCPU GPU0.20.40.60.811.2Nucleosome = 25095 atomsImplicit Solvent GBCPU GPU•Explicit Solvent GB benchmark :加速比1.2~2.25•Implicit Solvent GB benchmark :加速比6.7,25Gromacs•测试平台:–GPU: Tesla C1060; 峰值性能: 933 GFlops;显存: 4GB–CPU: 2x Intel quad core E5462•以下3个案例来自于nVIdia官方网站:加速比3.5,5.2,22倍NAMD•测试平台–GPU:nVidia1060;峰值性能: 933 GFlops;显存: 4GB–CPU:AMD Barcelona Opteron 1.9GHz, 1cpu core;64GB;intel 11.1, mpich IB version•运行方式:–$NAMDHOME/namd2 +idlepoll<namd file>•加速比:–CPU:17.2551/step–GPU:3.19981/step–加速比:5.39Gadget-2的GPU版本g2x•测试平台–GPU:nVidia1060;峰值性能: 933 GFlops;显存: 4GB–CPU:AMD Athlon644600+X2–Np=303–Np=323–Np=643总计算时间(sec)force_treeevaluate_shortrange(sec)总计算时间(sec)force_treeevaluate_shortrange(sec)总计算时间(sec)force_treeevaluate_shortrange(sec)CPU71.470.999.398.7937.6934.8 GPU18.117.522.722.132.828.3加速比 3.94 4.05 4.37 4.4729.6833.03LAMMPS•Sandia NL开发的分子动力学并行计算软件–有很好的并行可扩展性(10000核)•2009 Supercomputing Conference宣布向GPU平台移植–支持单节点多GPU卡并行运算六、CUDA实践----Monte Carlo模拟用于欧式期权定价欧式期权定价欧式看涨期权的支付函数为}0,max{),(K S K S f T t −=---K为到期执行价格---T为到期时间---S t 为标的资产在t时刻的价格在有效市场,金融资产的价格服从随机游走模型,标的资产价格变化所遵循的过程可以写作:tt t t dW S dt S dS σμ+=(0,1)t t d W d t d W N μσεε−−−−−−=飘移率波动率与相关的维纳过程 为服从随机变量⎥⎦⎤⎢⎣⎡Δ+Δ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=Δ+t t r t S t t S σεσ2exp )()(2–通过推导可以得到资产的价格为t r Δ−−−−时间步长度无风险利率–最终得到欧式看涨期权的价格为)],([K S f E eT rT∧−–蒙特卡罗模拟可以通过独立随机采样来逼近式这个价格内层循环交由GPU的thread进行计算外层循环使用n个Threads进行计算GPU上具体实现•数据准备double *d_payoffSum;int bytes = NPATH_PER_ITER * sizeof(double);cutilSafeCall(cudaMalloc((void **)&d_payoffSum, bytes));cutilSafeCall(cudaMemset(d_payoffSum, 0.0, bytes));double *h_payoffSum;h_payoffSum= (double *)malloc(bytes);int num_bytes= sizeof(double) * NNUM_PER_ITER;double *dev_rand_num;cutilSafeCall(cudaMalloc((void **)&dev_rand_num, num_bytes));curandState*state;cutilSafeCall(cudaMalloc((void **)&state, sizeof(curandState) * NNUM_PER_ITER));•使用GPU计算init_kernel<<<RAND_BLOCKS_NUM, THREADS_NUM>>>(state);for(int i= 0; i< NPATH /NPATH_PER_ITER + 1; i++){gen_kernel<<<RAND_BLOCKS_NUM, THREADS_NUM>>>(dev_rand_num, state);mc_kernel<<<MC_BLOCKS_NUM, THREADS_NUM>>>(dev_rand_num, d_payoffSum); }•传回结果cutilSafeCall(cudaMemcpy(h_payoffSum,d_payoffSum,NPATH_PER_ITER * sizeof(double),cudaMemcpyDeviceToHost));计算结果比较200400600800100012001400CPU 串行16核CPU 并行使用单块GPU 计算时间(秒)计算时间(PATH=1.78*107)14.69X43.76X–测试环境–CPU AMD 8347HE 1.9GHz–GPU Tesla S2050–Nvcc、gcc编译器–Mvapich通讯库–魔方单节点测试MPI并行cuRand库的使用•CPU端的随机数生成器函数不能在GPU端调用•NVIDIA于2010年8月提供cuRand库,使用GPU生成随机数•cuRand生成随机数示例curandState state;curand_init(1234, tid, 0, &state);double rand_num= curand_normal_double(&state);性能提示•最好使用不同的kernel生成state和随机数。
GPU、CUDA 计算高级优化技术精简手册
正因为寄存器索引包含在指令编码中的,且距离计算单元最近,因此其延迟比其它任何类型的内 存都要低,带宽也要远高于其它类型的内存,这也正是为什么充分使用寄存器是某些应用达到峰值 性能所必须且唯一的原因。在计算能力3.5+的kepler设备和maxwell设备上的每个SM中的64k个32bit寄存器文件被划分为4个bank,每个bank中的16k个32bit寄存器共享32个通道(lane),每个通道32位宽。由于每个线程最多可使用255个寄存器,那么如果使用 单个bank的话,每个源或目标寄存器在指令编码中需要占用8位;如果使用4个bank,那么每个目标寄 存器或是源寄存器只需占用6位,剩下的位数可以留作它用。比如对与四操作数指令(比如FMA), 如果采用单个bank结构的寄存器文件,那么寄存器索引在指令编码中需要占用32位;而采用4bank结构的寄存器文件的话,寄存器索引在指令编码中只需要占用24位,节省了8位。在32位操作数的 情况下,寄存器文件和4个bank的映射关系为
理缓存。所有四个warp单元共享一个指令缓存以及64k~96k的共享/L1缓存。虽然每个SMM中的CUDA Core数量少于SMX,但是每个计算单元具有更高的性能功耗比。相对来说,maxwell具有更优秀的单精度 计算效能,但为了平衡性能功耗比,所有计算能力的maxwell设备对双精度计算的支持都十分有限,而 kepler更适合那些需要双精度计算的专业领域。每三个SMX或每四个SMM组成一个GPC,所有GPC共享512k~ 2M的二级缓存。 缓存小结:
FMA R2, R0, R1, R2
FMA R6, R4, R1, R6
则可以对齐到操作数端口上,编译器也往往在在指令间插入MOV操作来达到操作数端口对齐的目的
cuda fortran 简书
CUDA Fortran是一种用于高性能计算的编程语言,它结合了Fortran 和NVIDIA的CUDA评台,可以实现在GPU上并行计算。
在本篇文章中,我们将讨论CUDA Fortran的原理、应用和未来发展方向。
一、CUDA Fortran的原理1.1 CUDA Fortran是什么CUDA Fortran是NVIDIA为Fortran程序员开发的一种并行计算工具。
它结合了Fortran语言的优势和NVIDIA的并行计算技术,为高性能计算提供了一个强大的工具。
1.2 CUDA Fortran的工作原理在CUDA Fortran中,程序员可以使用Fortran语言编写程序,并利用NVIDIA的CUDA评台进行并行计算。
CUDA Fortran使用GPU的并行计算能力,加速了程序的执行速度。
1.3 CUDA Fortran的优势相比于传统的串行计算,CUDA Fortran可以大幅提高程序的运行速度。
它充分利用了GPU的并行计算能力,使得程序能够同时处理多个任务,从而提高了程序的效率。
二、CUDA Fortran的应用2.1 科学计算在科学计算领域,CUDA Fortran被广泛应用于各种复杂的计算任务,如数值模拟、数据分析等。
它可以大幅提高程序的计算速度,加快科研工作的进程。
2.2 人工智能随着人工智能技术的发展,CUDA Fortran也被应用于深度学习和神经网络训练等领域。
它可以利用GPU的并行计算能力,加速大规模数据的处理,为人工智能技术的发展提供了重要支持。
2.3 大数据分析在大数据分析领域,CUDA Fortran可以加速数据的处理和分析,提高了分析结果的准确性和实时性。
它为大数据分析提供了一种高效的计算工具。
三、CUDA Fortran的未来发展方向3.1 深度学习随着深度学习技术的不断发展,CUDA Fortran将会在深度学习领域发挥更大的作用。
它可以利用GPU的并行计算能力,加速神经网络的训练和推断,为深度学习技术的发展提供了更强大的支持。
ortcudaprovideroptions 参数解析
ortcudaprovideroptions 参数解析中括号内的内容为主题的文章:ortcudaprovideroptions参数解析在深度学习和数据科学中,使用图形处理单元(GPU)来加速计算已经成为一种常见的做法。
为了使用GPU进行并行计算,使用CUDA编程模型是非常常见的选择。
CUDA提供了一组底层API来访问GPU的并行计算能力,从而提高计算速度。
在使用CUDA时,我们经常使用一些库来简化并加速开发过程。
其中一个库就是ORT(Open Neural Network Exchange Runtime)。
ORT是一个用于高性能推断的开源的推理引擎,它支持各种硬件平台和推理模型。
而ORT CUDA提供者就是ORT库中用于GPU加速的提供者之一。
在使用ORT CUDA提供者时,我们可以通过ORTCUDAProviderOptions 参数来进行配置。
这些参数可以帮助我们进一步优化GPU的使用和性能。
在本文中,我们将一步一步地解析ORTCUDAProviderOptions参数,帮助读者更好地了解和使用ORT CUDA提供者。
ORTCUDAProviderOptions参数的定义如下:struct ORTCUDAProviderOptions {nvinfer1::DataTypecomputePrecision{ nvinfer1::DataType::kFLOAT };bool doCopyInputs{ true };bool hasUserComputeStream{ false };cudaStream_t computeStream{};int userGraphOptimizationLevel{ -1 };bool do_copy_outputs{};std::set<int> unused{};};首先,我们来看一下computePrecision参数。
这个参数用于指定GPU 上计算的精度。
cuda best practice guide -回复
cuda best practice guide -回复关于CUDA最佳实践指南引言在当前的计算机科学和工程领域,图形处理单元(GPU)的应用越来越广泛。
CUDA(Compute Unified Device Architecture)是一种由NVIDIA 推出的并行计算平台和应用程序编程接口(API),用于利用GPU进行高性能的并行计算。
在使用CUDA开发应用程序时,遵循一些最佳实践指南可以帮助程序员提高代码的性能和可维护性。
本文将介绍一些重要的CUDA最佳实践,并使用具体的示例来说明每个实践的应用方法。
1. 设备选择和设备属性查询在CUDA编程中,首先需要选择一个适当的设备来执行计算任务。
可以使用CUDA Runtime API提供的函数cudaGetDeviceCount来查询系统中可用的GPU设备数量。
然后,可以通过调用cudaSetDevice函数来选择要使用的设备。
在选择设备之后,还可以使用cudaGetDeviceProperties 在代码中获取设备的属性信息,比如设备的全局内存大小和计算能力等。
示例代码:int deviceCount;cudaGetDeviceCount(&deviceCount);if (deviceCount == 0) {printf("Error: No CUDA capable devices found.\n");return;}cudaSetDevice(0);cudaDeviceProp deviceProp; cudaGetDeviceProperties(&deviceProp, 0);printf("Device Name: s\n", );printf("Total Global Memory: llu bytes\n", deviceProp.totalGlobalMem);printf("Compute Capability: d.d\n", deviceProp.major, deviceProp.minor);2. 内存管理在CUDA编程中,内存管理是一个非常重要的方面。
cudasetdevice参数
在深入讨论cudasetdevice参数之前,我们首先要了解CUDA是什么以及它的重要性。
CUDA是NVIDIA推出的一种并行计算评台和编程模型,它允许开发人员使用C语言、C++和Fortran等语言来利用NVIDIA GPU的并行计算能力。
CUDA在高性能计算、科学计算、人工智能、深度学习等领域有着广泛的应用,是一个非常重要的工具。
cudasetdevice参数是CUDA中的一个非常重要的参数,它用于设置当前线程要使用的GPU设备。
在多GPU环境下,通过设置cudasetdevice参数,我们可以指定每个线程要使用的GPU设备,从而实现并行计算的目的。
在许多CUDA程序中,特别是在涉及大规模并行计算或深度学习任务时,我们都需要充分利用多个GPU设备来加速计算过程。
接下来,让我们来深入探讨cudasetdevice参数的使用方法和其重要性。
当我们在编写CUDA程序时,需要考虑到并行计算的特性。
在使用多个GPU设备时,通过设置cudasetdevice参数,我们可以有效地将计算任务分配给不同的GPU设备,从而实现并行计算。
这可以大大提高计算任务的执行效率,特别是对于那些需要大量计算资源的任务而言。
在深度学习训练过程中,通过合理地设置cudasetdevice参数,我们可以将不同的神经网络层分配给不同的GPU设备,从而加速训练过程。
cudasetdevice参数的灵活性也是其重要性的体现。
在实际应用中,我们常常会遇到需要动态地设置GPU设备的场景。
通过在程序中动态设置cudasetdevice参数,我们可以根据实际情况来选择要使用的GPU设备,从而实现资源的灵活分配。
这对于高性能计算环境或云计算评台来说尤为重要,因为在这些环境中,GPU设备的数量和性能往往是动态变化的。
合理地使用cudasetdevice参数可以使我们的计算任务更具适应性和灵活性。
我个人对cudasetdevice参数的理解是,它是多GPU环境下实现并行计算的重要工具之一。
ortcudaprovideroptions 参数解析
ortcudaprovideroptions 参数解析`ORTCudaProviderOptions` 是一个用于配置 ORT(Open Neural Network Exchange Runtime) Cuda 提供程序的结构体,它包含了一些参数选项。
下面我将从多个角度全面解析这些参数。
1. `device_id`(int 类型),指定要在哪个 CUDA 设备上运行。
默认值为 0,表示使用第一个 CUDA 设备。
可以根据实际需求选择不同的设备。
2. `gpu_mem_limit`(size_t 类型),指定每个 CUDA 设备的内存限制,以字节为单位。
默认值为 0,表示不设置内存限制。
根据模型的大小和设备的可用内存,可以设置适当的内存限制,以避免内存溢出错误。
3. `arena_extend_strategy`(enum 类型):指定内存扩展策略。
有两个选项可用:`kNextPowerOfTwo`,扩展到下一个大于所需大小的 2 的幂次方。
4. `do_copy_in_default_stream`(bool 类型),指定是否在默认流中进行内存复制操作。
默认值为 false,表示不在默认流中进行内存复制。
可以根据实际需求设置为 true 或 false。
5. `user_compute_stream`(cudaStream_t 类型),指定用户自定义的 CUDA 流,用于计算操作。
默认值为 nullptr,表示不使用用户自定义的流。
如果需要更好的并行性或与其他 CUDA 操作的同步,可以指定一个自定义的流。
6. `user_data_transfer_stream`(cudaStream_t 类型),指定用户自定义的 CUDA 流,用于数据传输操作。
默认值为 nullptr,表示不使用用户自定义的流。
如果需要更好的并行性或与其他 CUDA 操作的同步,可以指定一个自定义的流。
7. `arena_extend_strategy`(enum 类型):指定内存扩展策略。
大模型opt 结构
大模型opt 结构摘要:1.大模型OPT 结构的概述2.大模型OPT 结构的关键组成部分3.大模型OPT 结构的优点与应用场景4.大模型OPT 结构的发展前景正文:【大模型OPT 结构的概述】大模型OPT 结构,全称为Outer Product T able,是一种针对大规模并行计算的优化算法,主要用于深度学习和人工智能领域中的模型训练。
这种结构具有较高的计算效率和扩展性,可以有效地支持大规模模型的训练和推理。
【大模型OPT 结构的关键组成部分】1.外部乘法器:外部乘法器是OPT 结构的核心部分,负责实现模型参数矩阵与梯度矩阵的相乘操作。
它采用一种高效的矩阵分解方法,将乘法操作分解为多个较小规模的乘法和加法操作,从而降低了计算复杂度。
2.共享内存:共享内存用于存储模型参数矩阵和梯度矩阵,使得外部乘法器可以高效地访问这些数据。
在分布式环境中,共享内存还可以实现不同设备之间的数据同步,提高训练速度。
3.聚合操作:在每个训练迭代中,OPT 结构需要对梯度进行聚合,以便更新模型参数。
这可以通过在共享内存中进行广播操作或使用全规约操作实现。
【大模型OPT 结构的优点与应用场景】1.高计算效率:OPT 结构通过外部乘法器和共享内存的设计,显著降低了大规模模型训练中的计算复杂度,提高了训练速度。
2.易于扩展:OPT 结构可以灵活地支持不同规模的模型训练,只需要增加外部乘法器的数量即可。
3.适用于大规模并行训练:OPT 结构在拥有众多计算资源的分布式环境中具有优势,可以充分利用这些资源进行高效的模型训练。
【大模型OPT 结构的发展前景】随着深度学习模型的规模不断扩大,对计算资源的需求也在不断增长。
大模型OPT 结构作为一种高效的计算优化方法,在未来的研究和应用中将发挥更大的作用。
cuda python 推理 -回复
cuda python 推理-回复cuda是一种并行计算平台和编程模型,用于利用GPU(图形处理器)进行高性能计算任务。
在这篇文章中,我们将以CUDA Python推理为主题,深入探讨如何使用CUDA和Python来实现并加速推理任务。
首先,让我们了解一下CUDA的基本概念和原理。
CUDA(Compute Unified Device Architecture,统一计算架构)是由NVIDIA开发的一种计算平台和应用程序接口(API),用于利用GPU来加速计算。
GPU是一种高度并行的处理器,具有数百个计算核心,可以同时执行大量的计算任务。
为了充分利用GPU的并行处理能力,CUDA提供了一种编程模型,使得开发者可以将计算任务划分为很多小的并行任务,然后在GPU上并行执行。
在CUDA中,我们使用CUDA C/C++或CUDA Python来编写并行计算任务。
CUDA Python是一种在Python语言中使用CUDA的扩展库,可以方便地在Python中编写CUDA程序。
CUDA Python提供了一系列的API,用于管理GPU设备、分配和传输数据、调度并行任务等等。
通过使用CUDA Python,我们可以充分利用GPU的计算能力,实现高性能的并行计算任务。
接下来,让我们详细介绍如何在Python中使用CUDA进行推理。
首先,我们需要安装CUDA开发环境和相应的Python库。
在安装完成后,我们可以使用以下步骤来执行CUDA推理任务:1. 导入必要的库和模块:在Python中,我们需要导入一些必要的库和模块,如CUDA Python库、NumPy库等等。
这些库和模块提供了我们在CUDA推理任务中需要使用的函数和工具。
pythonimport numpy as npfrom numba import cuda2. 准备输入数据:在进行CUDA推理之前,我们需要准备好输入数据。
通常,我们可以使用NumPy库来生成输入数据。
CUDA——用于大量数据的超级计算(二)
CUDA——用于大量数据的超级计算(二)
Rob Farber
【期刊名称】《程序员》
【年(卷),期】2008(000)007
【摘要】在本系列文章的第一部分,我展示了第一个简单的CUDA程序——moveArrays.cu,使您熟悉用于构建和执行程序的CUDA工具。
本文在第一个示例的基础上添加了几行代码,以便在CUDA设备上进行简单的计算——特别是在浮点数组中以1为增量增加每个元素。
在开始更高级的话题之前,您首先需要了解:【总页数】2页(P112-113)
【作者】Rob Farber
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TP274.2
【相关文献】
1.偏最小二乘方法和二次判别分析方法应用于基因芯片数据分析 [J], 胡煜
2.CUDA——用于大量数据的超级计算(一) [J], Rob Farber
3.CUDA——用于大量数据的超级计算(三) [J], Rob Farber
4.二维代码的“中间”优势——二维代码费用低廉并能存储大量信息数据 [J], Dan Bodnar
5.应用于10Gbase-KR的二阶时钟数据恢复电路的建模分析与电路设计 [J], 栾文焕;王登杰;贾晨;王自强
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Instruction Cache Scheduler Dispatch Register File Core Core Core Core Core Core Core Core Core Core Core Core Scheduler Dispatch
Execution unit
32 CUDA Cores
Warp and SIMT
32 Threads
...
Block
=
32 Threads 32 Threads
Warps
• Blocks divide into groups of 32
Warp Scheduler 0
warp 8 instruction 11 warp 2 instruction 42 warp 14 instruction 95
SFU, LSU
Memory
Registers: 32bit, 32K 32-bit Cache
L1+shared memory (64 KB) Texture (8 KB) Constant (8 KB)
© NVIDIA Corporation 2010
Load/Store Units x 16 Special Func Units x 4 Interconnect Network 64K Configurable Cache / Shared Mem Uniform Cache
Latency bound
<<
Memory optimization
~
Latency optimization
Done!
© NVIDIA Corporation 2010
Latency Optimization
© NVIDIA Corporation 2009
Latency Optimization
. . .
warp 9 instruction 12 warp 3 instruction 34 warp 15 instruction 96
threads called warps Warps are basic scheduling units Warps always perform the same instruction (Single Instruction Multiple Threads, SIMT) • A lot of warps can hide memory latency
Latency=4 Throughput=2 Concurrency=8
output
Little’s Law
Concurrency = Throughput * Latency
Basic units (instruction/cache line) that are active in the pipeline: “on-the-fly” C2050: 150 GB/s * (600 / 1.15 GHz) / 128 B / 14 SM ~ 44 cache line per SM on the fly
Adjust resource usage to change occupancy:
Measure effective memory/instruction throughput
Optimize for peak memory/instruction throughput
Finding out the bottleneck Typically an iterative process
Major techniques: adjust resource usage to increase threads
© NVIDIA Corporation 2010
Understanding Latency Bound
input
Hardware (inst/mem) is pipelined
Latency: “length” of the pipeline Throughput: “width” of the pipeline
Warp Scheduler 1
warp 9 instruction 11 warp 3 instruction 33 warp 15 instruction 95
. . .
warp 8 instruction 12 warp 14 instruction 96 warp 2 instruction 43
Global Memory
© NVIDIA Corporation 2010
General Optimization Strategies: Measurement
Find out the limiting factor in kernel performance
Memory bandwidth bound (memory optimization) Instruction throughput bound (instruction optimization) Latency bound (configuration optimization)
• •
• Context switching is free
Time
© NVIDIA Corporation 2010
Fermi Memory Hierarchy
3 levels, very similar to CPU Register
Spills to local memory
Caches
Shared memory L1 cache L2 cache Constant cache Texture cache
Global memory
© NVIDIA Corporation 2010
Fermi Memory Hierarchy Review
SM-0
Registers
C L1& SMEM TEX C
SM-1
Registers
L1& SMEM TEX C
SM-N
Registers
L1& SMEM TEX
L2
Threads are executed by scalar processors
Multiprocessor
A kernel is launched as a grid of thread blocks
...
Grid
© NVIDIA Corporation 2010
Up to 16 kernels can execute on a device at one time Device
Maximum number: 48 in Fermi
We need the occupancy to be high enough to hide latency
© NVIDIA Corporation 2010
What Limits Occupancy?
Partitioning of SM Resources
© NVIDIA Corporation 2010
Example: Little’s Law on GPU
Achieved bandwidth as a function of requests per SM
© NVIDIA Corporation 2010
Enough Blocks
# of blocks >> # of SM > 100 to scale well to future device Block size should be a multiple of 32 (warp size) Minimum: 64. I generally use 128 or 256. But use whatever is best for your app. Depends on the problem, do experiments!
When the code is latency bound
Both the memory and instruction throughputs are far from the peak
Latency hiding: switching threads Purpose: have enough threads to hide latency
CUDA Optimization
Peng Wang, Ph.D.
HPC Developer Technology, NVIDIA
© NVIDIA Corporation 2010
Optimization Overview
GPU architecture Kernel optimization
Latency optimization Memory optimization Instruction optimization
© NVIDIA Corporation 2010
Occupancy Optimizations
Know the current occupancy
Visual profiler --ptxas-options=-v: output resource usage info; input to Occupancy Calculator
Data transfer optimization
Overlapped execution using streams
© NVIDIA Corporation 2010
GPU Architecture
© NVIDIA Corporation 2009
GPU High Level View
SMEM SMEM SMEM SMEM
© NVIDIA Corporation 2010