GPU简介

1. GPU简介

GPU，即图形处理器（Graphics Processing Unit），是一种专门设计用于图形渲染和图像处理的处理器。与传统的中央处理器（CPU）相比，GPU具有更强大的并行处理能力。

显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，承担输出显示图形的任务。显卡的处理器称为图形处理器(GPU)，它是显卡的”心脏”，与CPU类似，只不过GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的，这些计算是图形渲染所必需的。

时下的GPU多数拥有2D或3D图形加速功能。有了GPU，CPU就从图形处理的任务中解放出来，可以执行其他更多的系统任务，这样可以大大提高计算机的整体性能。

GPU最初是为了满足电脑游戏和图形应用的需求而发展起来的，但现在已广泛应用于人工智能、科学计算等领域。GPU通过大量的并行处理单元和高速显存，能够同时处理多个数据和任务, 这使得它在高性能计算领域表现出色。

GPU在深度学习和机器学习等领域发挥着重要作用。由于其并行计算的优势，GPU可以加速训练和推断过程，提高模型的训练速度和性能。许多深度学习框架（如TensorFlow和PyTorch）都支持使用GPU进行计算，使得大规模数据处理和复杂模型训练更加高效。

总之，GPU不仅在图形处理领域发挥着重要作用，还成为了许多领域中高性能计算的关键组件。其强大的并行计算能力使得它在数据处理和科学计算方面具有巨大潜力，为加速计算和解决复杂问题提供了有力支持。

时下市场上的显卡大多采用NVIDIA和 AMD-ATI 两家公司的图形处理芯片。GPU通用计算方面的标准目前有OpenCL、CUDA、AMD APP、DirectCompute。

2. GPU通用计算编程

对GPU通用计算进行深入研究从2003年开始，并提出了GPGPU概念，前一个GP则表示通用目的(General Purpose)，所以GPGPU一般也被称为通用图形处理器或通用GPU。
GPU通用计算通常采用CPU+GPU异构模式，由CPU负责执行复杂逻辑处理和事务处理等不适合数据并行的计算，由GPU负责计算密集型的大规模数据并行计算。

OpenCL (Open Computing Language，开放运算语言)是第一个面向异构系统通用目的并行编程的开放式、免费标准，也是一个统一的编程环境，便于软件开发人员为高性能计算服务器、桌面计算系统、手持设备编写高效轻便的代码，而且广泛适用于多核心处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、Cell类型架构以及数字信号处理器(DSP)等其他并行处理器，AMD-ATI、NVIDIA时下的产品都支持OpenCL。目前，OpenCL最新版本为2.2.

CUDA(Compute Unified Device Architecture)是一种将GPU作为数据并行计算设备的软硬件体系，硬件上NVIDIA GeForce 8系列以后的GPU(包括GeForce、ION、Quadro、Tesla系列)已经采用支持CUDA的架构，软件开发包上CUDA也已经发展到CUDA Toolkit 8.0，并且支持Windows、Linux、MacOS三种主流操作系统。CUDA采用比较容易掌握的类C语言进行开发。

AMD APP(AMD Accelerated Parallel Processing)是AMD加速并行处理技术。是AMD针对旗下图形处理器(GPU)所推出的通用并行计算技术。利用这种技术可以充分发挥AMD GPU的并行运算能力，用于对软件进行加速运算或进行大型的科学运算。AMD APP技术的前身称作ATI Stream。2010年10月，随着AMD Radeon HD6800系列显卡的发布，ATI品牌正式被AMD取代。ATI Stream技术也随着技术升级并更名为AMD APP技术。目前，AMD APP SDK最新版本为3.0.

DirectCompute是一种用于GPU通用计算的应用程序接口，由Microsoft(微软)开发和推广，集成在Microsoft DirectX内。目前，最新的DirectX版本为DirectX 12，安装在windows 10上。DirectX 11内集成DirectCompute 5.0，那DirectX 12内应该是集成DirectCompute 6.0吧。

其中OpenCL、DirectCompute、AMD APP(基于开放型标准OpenCL开发)是开放标准，CUDA是私有标准。

3. NVIDIA 显卡系列

NVIDIA（英伟达）是一家全球领先的半导体公司，总部位于美国加利福尼亚州的圣塔克拉拉。该公司成立于1993年，最初专注于开发图形处理器（GPU）和相关技术。

NVIDIA的产品涵盖了多个领域，广泛应用于游戏、人工智能、高性能计算和专业可视化等领域。

以下是其主要产品系列的介绍：

GeForce系列：GeForce是NVIDIA的主要消费级图形处理器系列，用于电脑、游戏主机和笔记本电脑等设备。GeForce系列的显卡提供出色的图形性能和游戏体验，支持高分辨率、高帧率和实时光线追踪等先进技术。

Tegra系列：Tegra是NVIDIA的移动处理器系列，用于智能手机、平板电脑、汽车和其他移动设备。Tegra芯片集成了图形处理、多媒体功能和CPU，具有高性能和低功耗的特点，在移动计算和嵌入式系统中发挥重要作用。

ION系列：ION是NVIDIA的集成显卡系列，专为小型PC和媒体中心设备设计。ION显卡提供了更好的图形性能和高清视频播放能力，适用于家庭娱乐和多媒体应用。

Quadro系列：Quadro是NVIDIA的专业级图形处理器系列，用于工作站和专业可视化应用。Quadro显卡具有高度精准的图形处理能力和对专业应用软件的优化支持，广泛应用于计算机辅助设计、医学成像、影视制作等领域。

Tesla系列：Tesla是NVIDIA的高性能计算加速器系列，用于超级计算机和数据中心。Tesla采用GPU加速计算技术，可在科学计算、人工智能和深度学习等领域中提供强大的计算能力和数据处理能力。

总之，NVIDIA通过其多个产品系列，为消费者、专业用户和科学计算领域提供了广泛的图形处理和计算解决方案，推动着计算技术的进步和创新。