CUDA算数运算

本文介绍了CUDA中的算术运算特点,特别是浮点数的融合乘加单元如何提高运算效率。文章探讨了不同类型的算术运算在CUDA中的表现,并提供了实用建议,如尽可能使用浮点数以获得更好的性能。

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CUDA算数运算

原文见:https://blog.youkuaiyun.com/chinacodec/article/details/3899278

CUDA Stream processor 里的运算单元,基本上是一个浮点数的 fused multiply-add 单元,也就是说它可以进行一次乘法和一次加法,如下所示:

a = b * c + d;

compiler 会自动把适当的加法和乘法运算,结合成一个 fmad 指令。

除了浮点数的加法及乘法之外,整数的加法、位运算、比较、取最小值、取最大值、及以型态的转换(浮点数转整数或整数转浮点数)都是可以全速进行的。整数的乘法则无法全速进行,但 24 bits 的乘法则可以。在 CUDA 中可以利用内建的 __mul24 和 __umul24 函式来进行 24 bits 的整数乘法。

浮点数的除法是利用先取倒数,再相乘的方式计算,因此精确度并不能达到 IEEE 754 的规范(最大误差为 2 ulp)。内建的 __fdividef(x,y) 提供更快速的除法,和一般的除法有相同的精确度,但是在 2216 < y < 2218 时会得到错误的结果。

此外 CUDA 还提供了一些精确度较低的内部函数,包括 __expf、__logf、__sinf、__cosf、__powf 等等。这些函式的速度较快,但精确度不如标准的函式。详细的数据可以参考 CUDA Programming Guide 1.1 的 Appendix B。

根据上面的说法, 将C代码改成CUDA代码的时候,尽量用浮点的代码,这样效率会高点,测试了下CUDA SDK中测试dct的代码,确实是这样,使用float比使用short速度要稍微快点

### CUDA 中复数运算的实现方法 在CUDA中处理复数运算是许多高性能计算任务的关键部分,尤其是在涉及信号处理、物理模拟等领域时。为了支持这些需求,CUDA提供了专门的数据结构和函数来操作复数。 #### 定义复数变量 CUDA使用`cuComplex.h`头文件提供了一组宏定义用于创建浮点型复数数据类型 `float2` 和双精度复数数据类型 `double2`. 这些基本类型的两个成员分别表示实部(`x`)和虚部(`y`). 对于单精度浮点数: ```cpp // 单精度复数声明 float2 complexNumber; complexNumber.x = 1.0f; // 实部 complexNumber.y = 2.0f; // 虚部 ``` 对于双精度浮点数,则采用类似的语法[^1]. #### 创建与初始化复数 除了手动设置每个组件外,还可以利用辅助函数快速构建新的复数值: - 对于单精度:`make_float2(real, imag)` - 双精度版本则是:`make_double2(real,imag)`. 这使得代码更加简洁易读: ```cpp // 使用 make 函数简化赋值过程 float2 z = make_float2(3.0f, 4.0f); ``` #### 执行复数间的四则运算 针对常见的加减乘除四种基础算术操作,CUDA同样给出了对应的内联函数来进行高效计算: | 操作 | 描述 | | --- | --- | | cuCaddf(a,b)/cuCadd(z1,z2) | 计算 a+b 或者 z1+z2 的结果| | cuCsubf(a,b)/cuCsub(z1,z2)| 返回a-b 或z1-z2的结果 | | cuCmulf(a,b)/cuCmul(z1,z2)| 得到ab 或zz相乘后的产物 | | cuCdivf(a,b)/cuCdiv(z1,z2)| 输出a/b 或z1/z2商 | 上述表格中的前缀"f"代表该函数适用于单精度浮点数;而无此标记意味着其作用对象为双精度浮点数. 下面给出一段简单的例子展示如何运用这些功能完成一次完整的复数乘法: ```cpp #include <cuda_runtime.h> #include <cuComplex.h> __global__ void multiplyKernel(float2 *result, const float2 *inputA, const float2 *inputB){ int idx = threadIdx.x + blockIdx.x * blockDim.x; result[idx] = cuCmulf(inputA[idx], inputB[idx]); } ``` 这段核函数接收三个指针参数——指向输出数组的第一个位置以及另外两处输入向量的位置,并逐元素地对其实施乘法规则.
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