GPU的硬件结构

GPU的硬件结构,也不是具体的硬件结构,就是与CUDA相关的几个概念:thread,block,grid,warp,sp,sm。

sp: 最基本的处理单元,streaming processor  最后具体的指令和任务都是在sp上处理的。GPU进行并行计算,也就是很多个sp同时做处理

sm:多个sp加上其他的一些资源组成一个sm,  streaming multiprocessor. 其他资源也就是存储资源,共享内存,寄储器等。

warp:GPU执行程序时的调度单位,目前cuda的warp的大小为32,同在一个warp的线程,以不同数据资源执行相同的指令。

grid、block、thread:在利用cuda进行编程时,一个grid分为多个block,而一个block分为多个thread.其中任务划分到是否影响最后的执行效果。划分的依据是任务特性和

GPU本身的硬件特性。

下面几张硬件结构简图 便于理解(图片来源于网上)

 

以上两图可以清晰地表示出sm与sp的关系。

此图反应了warp作为调度单位的作用,每次GPU调度一个warp里的32个线程执行同一条指令,其中各个线程对应的数据资源不同。

 

上图是一个warp排程的例子。

一个sm只会执行一个block里的warp,当该block里warp执行完才会执行其他block里的warp。

进行划分时,最好保证每个block里的warp比较合理,那样可以一个sm可以交替执行里面的warp,从而提高效率,此外,在分配block时,要根据GPU的sm个数,分配出合理的

block数,让GPU的sm都利用起来,提利用率。分配时,也要考虑到同一个线程block的资源问题,不要出现对应的资源不够。


原文出处:http://www.cnblogs.com/dwdxdy/p/3215158.html

### GPU硬件架构中的 Grid 概念及其作用 在 GPU 的硬件架构中,**Grid** 是一个软件层面的抽象概念,用于描述一组线程块(Block)。它在 CUDA 编程模型中起到组织和调度线程块的作用。Grid 是由多个 Block 构成的集合,每个 Block 又包含多个 Thread。这种分层结构允许开发者根据任务的并行性将计算任务划分为不同层级,从而更有效地利用 GPU 的并行计算能力 [^4]。 Grid 的作用主要体现在以下几个方面: 1. **任务划分与调度** Grid 作为线程块的容器,负责将整个计算任务划分为多个独立的 Block每个 Block 可以被 GPU 上的多个流多处理器(SM)并行执行。这种划分方式使得大规模并行计算成为可能,并且可以根据 GPU 的硬件资源进行动态调度 [^1]。 2. **跨 SM 执行能力** Grid 中的 Block 可以分布在不同的 SM 上执行,这意味着一个 Grid 可以利用整个 GPU 的计算资源进行并行处理。每个 SM 可以同时执行多个 Block,前提是 SM 上有足够的资源(如寄存器、共享内存等) [^3]。 3. **灵活性与扩展性** Grid 支持一维、二维甚至三维的 Block 布局,这种布局方式使得开发者可以更直观地映射数据并行任务。例如,在图像处理中,可以将图像划分为二维的 Block 网格,每个 Block 处理一部分图像数据 [^2]。 4. **资源隔离与独立执行** Grid 内部的 Block 是相互独立的,这意味着 Block 之间不能直接通信或同步。这种设计简化了 GPU 的调度机制,并确保 Block 可以以任意顺序执行,从而提高整体的执行效率 [^5]。 以下是一个简单的 CUDA 内核调用示例,展示了如何定义 Grid 和 Block 的结构: ```cuda dim3 grid(3, 2); // 定义一个包含3列、2行的Grid,总共6个Block dim3 block(5, 3); // 每个Block包含5列、3行的线程,总共15个Thread kernel_function<<<grid, block>>>(parameters); // 启动内核 ``` 在该示例中,Grid 被定义为一个二维结构,包含 3×2 个 Block每个 Block 又包含 5×3 个 Thread。这种结构可以根据实际任务需求进行调整,以匹配 GPU 的硬件特性。 ### 总结 Grid 是 CUDA 编程模型中用于组织线程块的核心抽象概念。它不仅决定了任务如何在 GPU 上分布,还影响着计算资源的利用效率。通过合理设计 Grid 和 Block 的结构,开发者可以充分发挥 GPU 的并行计算能力 [^4]。 ---
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