CUDA - 1 初识 - cpu与gpu cuda是什么

1 CPU GPU

1.1 异构与主从

异构计算架构：GPU并行计算，GPU并不是一个独立运行的计算平台，而需要与CPU协同工作，可以看成是CPU的协处理器。

GPU与CPU通过PCIe总线连接在一起来协同工作，CPU所在位置称为为主机端（host），而GPU所在位置称为设备端（device）。

1.2 cpu gpu特定

GPU包括更多的运算核心，其特别适合数据并行的计算密集型任务，如大型矩阵运算。GPU由于存在很多核心，其线程是轻量级的。GPU重点处理数据密集型的并行计算程序。

CPU的运算核心较少，但是其可以实现复杂的逻辑运算，因此其适合控制密集型任务。CPU上的线程是重量级的，上下文切换开销大。CPU负责处理逻辑复杂的串行程序。

一个异构环境，通常有多个CPU多个GPU，他们都通过PCIe总线相互通信，也是通过PCIe总线分隔开的。所以我们要区分一下两种设备的内存：

• 主机：CPU及其内存

• 设备：GPU及其内存

1.3 CUDA编程概念

1.3.1 CUDA执行流程

CUDA编程模型是一个异构模型，需要CPU和GPU协同工作。

在CUDA中，host和device是两个重要的概念，我们用host指代CPU及其内存，而用device指代GPU及其内存。CUDA程序中既包含host程序，又包含device程序，它们分别在CPU和GPU上运行。同时，host与device之间可以进行通信，这样它们之间可以进行数据拷贝。典型的CUDA程序的执行流程如下：

1. 分配host内存，并进行数据初始化；

2. 分配device内存，并从host将数据拷贝到device上；

3. 调用CUDA的核函数在device上完成指定的运算；

4. 将device上的运算结果拷贝到host上；

5. 释放device和host上分配的内存。

1.3.2 kernel

kernel是CUDA中一个重要的概念，kernel是在device上线程中并行执行的函数，核函数用__global__符号声明，在调用时需要用<<>>来指定kernel要执行的线程数量。

在CUDA中，每一个线程都要执行核函数，并且每个线程会分配一个唯一的线程号thread ID，这个ID值可以通过核函数的内置变量threadIdx来获得。

1.3.3 关键字

由于GPU实际上是异构模型，所以需要区分host和device上的代码，在CUDA中是通过函数类型限定词开区别host和device上的函数，主要的三个函数类型限定词如下：

• __global__：在device上执行，从host中调用（一些特定的GPU也可以从device上调用），返回类型必须是void，不支持可变参数参数，不能成为类成员函数。注意用__global__定义的kernel是异步的，这意味着host不会等待kernel执行完就执行下一步。

• __device__：在device上执行，单仅可以从device中调用，不可以和__global__同时用。

• __host__：在host上执行，仅可以从host上调用，一般省略不写，不可以和__global__同时用，但可和__device__，此时函数会在device和host都编译。