顯卡中CUDA是什么及其應(yīng)用介紹

2019-10-28 20:04:33

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供稿：網(wǎng)友

CUDA(Compute Unified Device Architecture)，顯卡廠商N(yùn)Vidia推出的運(yùn)算平臺。 CUDA™是一種由NVIDIA推出的通用并行計(jì)算架構(gòu)，該架構(gòu)使GPU能夠解決復(fù)雜的計(jì)算問題。它包含了CUDA指令集架構(gòu)(ISA)以及GPU內(nèi)部的并行計(jì)算引擎。

計(jì)算行業(yè)正在從只使用CPU的“中央處理”向CPU與GPU并用的“協(xié)同處理”發(fā)展。為打造這一全新的計(jì)算典范，NVIDIA®(英偉達(dá)™)發(fā)明了CUDA(Compute Unified Device Architecturem，統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu))這一編程模型，是想在應(yīng)用程序中充分利用CPU和GPU各自的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在，該架構(gòu)現(xiàn)已應(yīng)用于GeForce®(精視™)、ION™(翼揚(yáng)™)、Quadro以及Tesla GPU(圖形處理器)上，對應(yīng)用程序開發(fā)人員來說，這是一個(gè)巨大的市場。
在消費(fèi)級市場上，幾乎每一款重要的消費(fèi)級視頻應(yīng)用程序都已經(jīng)使用CUDA加速或很快將會利用CUDA來加速，其中不乏Elemental Technologies公司、MotionDSP公司以及LoiLo公司的產(chǎn)品。在科研界，CUDA一直受到熱捧。例如，CUDA現(xiàn)已能夠?qū)MBER進(jìn)行加速。AMBER是一款分子動(dòng)力學(xué)模擬程序，全世界在學(xué)術(shù)界與制藥企業(yè)中有超過60,000名研究人員使用該程序來加速新藥的探索工作。在金融市場，Numerix以及CompatibL針對一款全新的對手風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用程序發(fā)布了CUDA支持并取得了18倍速度提升。Numerix為近400家金融機(jī)構(gòu)所廣泛使用。

CUDA的廣泛應(yīng)用造就了GPU計(jì)算專用Tesla GPU的崛起。全球財(cái)富五百強(qiáng)企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)安裝了700多個(gè)GPU集群，這些企業(yè)涉及各個(gè)領(lǐng)域，例如能源領(lǐng)域的斯倫貝謝與雪佛龍以及銀行業(yè)的法國巴黎銀行。隨著微軟Windows 7與蘋果Snow Leopard操作系統(tǒng)的問世，GPU計(jì)算必將成為主流。在這些全新的操作系統(tǒng)中，GPU將不僅僅是圖形處理器，它還將成為所有應(yīng)用程序均可使用的通用并行處理器。

CUDA的應(yīng)用
計(jì)算行業(yè)正在從只使用CPU的“中央處理”向CPU與GPU并用的“協(xié)同處理”發(fā)展。為打造這一全新的計(jì)算典范，NVIDIA(英偉達(dá))發(fā)明了CUDA(Compute Unified Device Architecturem，統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu))這一編程模型，是想在應(yīng)用程序中充分利用CPU和GPU各自的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在，該架構(gòu)現(xiàn)已應(yīng)用于GeForce(精視)、ION(翼揚(yáng))、Quadro以及Tesla GPU(圖形處理器)上，對應(yīng)用程序開發(fā)人員來說，這是一個(gè)巨大的市場。

CUDA產(chǎn)生的原因
隨著顯卡的發(fā)展，GPU越來越強(qiáng)大，而且GPU為顯示圖像做了優(yōu)化。在計(jì)算上已經(jīng)超越了通用的CPU。如此強(qiáng)大的芯片如果只是作為顯卡就太浪費(fèi)了，因此NVidia推出CUDA，讓顯卡可以用于圖像計(jì)算以外的目的。

CUDA體系結(jié)構(gòu)的組成
開發(fā)庫：開發(fā)庫是基于CUDA技術(shù)所提供的應(yīng)用開發(fā)庫。
運(yùn)行期環(huán)境：運(yùn)行期環(huán)境提供了應(yīng)用開發(fā)接口和運(yùn)行期組件，包括基本數(shù)據(jù)類型的定義和各類計(jì)算、類型轉(zhuǎn)換、內(nèi)存管理、設(shè)備訪問和執(zhí)行調(diào)度等函數(shù)。
驅(qū)動(dòng)：CUDA-enable的GPU的設(shè)備抽象層，提供硬件設(shè)備的抽象訪問接口。也就是需要安裝有nVIDIA硬件的電腦上安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)CUDA通用運(yùn)算。

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