CUDA | |
---|---|
Tyyppi | GPGPU |
Kehittäjä | NVIDIA Corporation |
Käyttöjärjestelmä | Windows , Linux |
Ensimmäinen painos | 23. kesäkuuta 2007 |
Laitteistoalusta | Tuetut GPU:t |
uusin versio | 11.6 (17. tammikuuta 2022 ) |
Lisenssi | Ilmainen ohjelmisto |
Verkkosivusto | developer.nvidia.com/cud… |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
CUDA (alunperin lyhenne englanniksi Compute unified device architecture ) on rinnakkainen laskentalaitteisto- ja ohjelmistoarkkitehtuuri , jonka avulla voit parantaa merkittävästi laskentatehoa käyttämällä Nvidia - grafiikkasuorittimia .
CUDA SDK :n avulla ohjelmoijat voivat toteuttaa algoritmeja erityisillä yksinkertaistetuilla C- , C++- ja Fortran -ohjelmointikielten murteilla, jotka voidaan toteuttaa Nvidian grafiikka- ja tensoriprosessoreilla [1] . CUDA-arkkitehtuuri antaa kehittäjälle mahdollisuuden järjestää pääsyn grafiikka- tai tensorikiihdyttimen käskysarjaan ja hallita sen muistia oman harkintansa mukaan. CUDA:lla kiihdytettyjä toimintoja voidaan kutsua eri kielistä, mukaan lukien Python [2] , MATLAB [3] jne.
CUDA SDK :n alkuperäinen versio julkaistiin 15. helmikuuta 2007 . CUDA - sovellusten ohjelmointirajapinta perustuu C -kieleen joillakin laajennuksilla. Jotta koodi voidaan kääntää tällä kielellä onnistuneesti, CUDA SDK sisältää Nvidian oman komentorivin C-kääntäjän nvcc . Nvcc - kääntäjä perustuu Open64 avoimeen kääntäjään ja se on suunniteltu kääntämään isäntäkoodi (pää, ohjauskoodi) ja laitekoodi (laitteistokoodi) (tiedostot, joiden pääte on .cu ) objektitiedostoiksi, jotka soveltuvat lopullisen ohjelman tai kirjaston rakentamiseen. missä tahansa ohjelmointiympäristössä, kuten NetBeansissa .
CUDA-arkkitehtuuri käyttää ruudukkomuistimallia , klusteroitua säikeen mallinnusta ja SIMD - käskyjä. Soveltuu paitsi korkean suorituskyvyn grafiikkalaskentaan, myös erilaisiin tieteellisiin laskentatoimiin, joissa käytetään nVidia-näytönohjainkortteja. Tiedemiehet ja tutkijat käyttävät CUDA:ta laajasti eri aloilla, mukaan lukien astrofysiikka , laskennallinen biologia ja kemia , nestedynamiikan mallinnus , sähkömagneettiset vuorovaikutukset , tietokonetomografia , seisminen analyysi ja monet muut. CUDA pystyy muodostamaan yhteyden sovelluksiin, jotka käyttävät OpenGL :ää ja Direct3D :tä . CUDA on monialustainen ohjelmisto käyttöjärjestelmille , kuten Linux , Mac OS X ja Windows .
22. maaliskuuta 2010 nVidia julkaisi CUDA Toolkit 3.0:n, joka sisälsi tuen OpenCL :lle [4] .
CUDA-alusta ilmestyi markkinoille ensimmäisen kerran NVIDIAn kahdeksannen sukupolven G80-sirun julkaisun myötä, ja se tuli läsnä kaikissa myöhemmissä GeForce- , Quadro- ja NVidia Tesla -kiihdytinperheiden grafiikkasiruissa .
Ensimmäisessä CUDA SDK:ta tukevassa laitteistosarjassa, G8x:ssa, oli 32-bittinen yhden tarkkuuden vektorisuoritin, joka käytti CUDA SDK:ta API:na (CUDA tukee C-kielityyppiä, mutta nyt sen tarkkuus on alennettu 32-bittiseksi kelluvaksi piste ). Myöhemmissä GT200-prosessoreissa on tuki 64-bittiselle tarkkuudelle (vain SFU), mutta suorituskyky on huomattavasti huonompi kuin 32-bittisellä tarkkuudella (johtuen vain kahdesta SFU:sta stream-moniprosessoria kohden ja kahdeksasta skalaariprosessorista). GPU järjestää laitteiston monisäikeistyksen, jonka avulla voit käyttää kaikkia GPU:n resursseja. Siten avautuu mahdollisuus siirtää fyysisen kiihdytin toimintoja grafiikkakiihdytin (toteutusesimerkki - PhysX ). Se myös avaa laajoja mahdollisuuksia käyttää tietokonegrafiikkalaitteita monimutkaisten ei-graafisten laskelmien suorittamiseen: esimerkiksi laskennallisessa biologiassa ja muilla tieteenaloilla. double
Verrattuna perinteiseen lähestymistapaan yleiskäyttöisen laskennan järjestämiseen grafiikkasovellusliittymien ominaisuuksien avulla, CUDA-arkkitehtuurilla on seuraavat edut tällä alueella:
Luettelo laitteistovalmistajan Nvidian laitteista, joilla on ilmoitettu täysi tuki CUDA-teknologialle, on Nvidian virallisella verkkosivustolla [7] [8] .
CUDA-kehittäjäjärjestelmien yhteensopivuus eri sukupolvien laskimien kanssa:
Seuraavat oheislaitteet tukevat tällä hetkellä CUDA-tekniikkaa PC-laitteistomarkkinoilla:
Versio
tekniset tiedot |
Arkkitehtuuri | GPU | GeForce-perheen näytönohjaimet | Quadro-perheen näytönohjaimet, NVS | Teslan näytönohjain | Perheen videokortit
Tegra, |
---|---|---|---|---|---|---|
1.0 | Tesla | G80 | GeForce 8800 Ultra, GeForce 8800 GTX, GeForce 8800 GTS(G80) | Quadro FX 5600, Quadro FX 4600, Quadro Plex 2100 S4 | Tesla C870, Tesla D870, Tesla S870 | |
1.1 | G92, G94, G96, G98, G84, G86 | GeForce GTS 250, GeForce 9800 GX2, GeForce 9800 GTX, GeForce 9800 GT, GeForce 8800 GTS(G92), GeForce 8800 GT, GeForce 9600 GT, GeForce 9500 GT, GeForce 9500 GT, GeForce 6000 GTce, 80 GTce 60Force, 80 GT 800000 , GeForce G110M, GeForce 9300M GS, GeForce 9200M GS, GeForce 9100M G, GeForce 8400M GT, GeForce G105M |
Quadro FX 4700 X2, Quadro FX 3700, Quadro FX 1800, Quadro FX 1700, Quadro FX 580, Quadro FX 570, Quadro FX 470, Quadro FX 380, Quadro FX 370, Quadro FX 370, Quadro NVS4, 370 Low040 Quadro FX 3700M, Quadro FX 3600M, Quadro FX 2800M , Quadro FX 2700M, Quadro FX 1700M, Quadro FX 1600M, Quadro FX 770M, Quadro FX 570 Quadro FX 370M, Quadro NM 570 Quadro FX 370M, Quadro NVSM , Quadro NVS 140M, Quadro NVS 135M, Quadro NVS 130M, Quadro NVS 450, Quadro NVS 420, Quadro NVS 295 |
|||
1.2 | GT218, GT216, GT215 | GeForce GT 340*, GeForce GT 330*, GeForce GT 320*, GeForce 315*, GeForce 310*, GeForce GT 240, GeForce GT 220, GeForce 210, GeForce GTS 360M, GeForce GTS 360M, GeForce GTS 30, 30 GTM 30 GeForce GT 325M, GeForce GT 240M, GeForce G210M, GeForce 310M, GeForce 305M |
Quadro FX 380 Low Profile, Nvidia NVS 300, Quadro FX 1800M, Quadro FX 880M, Quadro FX 380M, Nvidia NVS 300, NVS 5100M, NVS 3100M, NVS 2100M, ION | |||
1.3 | GT200, GT200b | GeForce GTX 295, GTX 285, GTX 280, GeForce GTX 275, GeForce GTX 260 | Quadro FX 5800, Quadro FX 4800, Quadro FX 4800 Macille, Quadro FX 3800, Quadro CX, Quadro Plex 2200 D2 | Tesla C1060, Tesla S1070, Tesla M1060 | ||
2.0 | Fermi | GF100, GF110 | GeForce GTX 590, GeForce GTX 580, GeForce GTX 570, GeForce GTX 480, GeForce GTX 470, GeForce GTX 465, GeForce GTX 480M | Quadro 6000, Quadro 5000, Quadro 4000, Quadro 4000 Macille, Quadro Plex 7000, Quadro 5010M, Quadro 5000M | Tesla C2075, Tesla C2050/C2070, Tesla M2050/M2070/M2075/M2090 | |
2.1 | GF104, GF106 GF108, GF114, GF116, GF117, GF119 | GeForce GTX 560 Ti, GeForce GTX 550 Ti, GeForce GTX 460, GeForce GTS 450, GeForce GTS 450*, GeForce GT 640 (GDDR3), GeForce GT 630, GeForce GT 620, GeForce GT 620, GeForce GT 610, 2GT 610, 4 GT GeForce GT 440*, GeForce GT 430, GeForce GT 430*, GeForce GT 420*, GeForce GTX 675M, GeForce GTX 670M, GeForce GT 635M, GeForce GT 630M, GeForce GT 630M, GeForce 225M,0,GTM 625M,0 GeForce 610M, GeForce 820M, GeForce GTX 580M, GeForce GTX 570M, GeForce GTX 560M, GeForce GT 555M, GeForce GT 550M, GeForce GT 540M, GTXce,GTXce,GTXce,50,5GTM,5,5,5,525,525M,525 GeForce GTX 460M, GeForce GT 445M, GeForce GT 435M, GeForce GT 420M, GeForce GT 415M, GeForce 710M, GeForce 410M, GeForce GT 730 (DDR3 128-bittinen) |
Quadro 2000, Quadro 2000D, Quadro 600, Quadro 410, Quadro 4000M, Quadro 3000M, Quadro 2000M, Quadro 1000M, NVS 310, NVS 315, NVS 5400M, NVS 520M, NVS 520 | |||
3.0 | Kepler | GK104, GK106, GK107 | GeForce GTX 770, GeForce GTX 760, GeForce GT 740, GeForce GTX 690, GeForce GTX 680, GeForce GTX 670, GeForce GTX 660 Ti, GeForce GTX 660, GeForce GTX 650 Ti GTX BOOST, GeForce GTX 650 Ti GTX BOOST, GeForce GTX 650 Ti GTX 6 Näytönohjain: 880M, GeForce GTX 780M, GeForce GTX 770M, GeForce GTX 765M, GeForce GTX 760M, GeForce GTX 680MX, GeForce GTX 680M, GeForce GTX 675MX, GeForce GTX 675MX, GeForce GTX 670, 5 GTXM, 5 GTM, 6 Force GTX 670 MX GeForce GT 645M, GeForce GT 740M, GeForce GT 730M, GeForce GT 640M, GeForce GT 640M LE, GeForce GT 735M, GeForce GT 730M |
Quadro K5000 Quadro K4200 Quadro K4000 Quadro K2000 Quadro K2000D Quadro K600 Quadro K500M Quadro K510M Quadro K610M Quadro K1000M Quadro K2000M Quadro K1100M Quadro K2000M Quadro K1100M Quadro K2000M Quadro N Quadro K2100M Quadro K2100M Quadro K2100M Quadro K2100M Quadro K2100M Quadro K2100M Quadro K2100M | Tesla K10, GRID K340, GRID K520 | |
3.2 | GK20A | Tegra K1, Jetson TK1 | ||||
3.5 | GK110, GK208 | GeForce GTX Titan Z, GeForce GTX Titan Black, GeForce GTX Titan, GeForce GTX 780 Ti, GeForce GTX 780, GeForce GT 640 (GDDR5), GeForce GT 630 v2, GeForce GT 730, GeForce GT 720, GeForce GT 720, GeForce 7Force, 4GTForce (64-bittinen, DDR3), GeForce GT 920M | Quadro K6000, Quadro K5200 | Tesla K40, Tesla K20x, Tesla K20 | ||
3.7 | GK210 | Tesla K80 | ||||
5.0 | Maxwell | GM107, GM108 | GeForce GTX 750 Ti GeForce GTX 750 GeForce GTX 960M GeForce GTX 950M GeForce 940M GeForce 930M GeForce GTX 860M GeForce GTX 850M GeForce 845M GeForce 840M GeForce 830 | Quadro K420, Quadro K620, Quadro K1200, Quadro K2200, Quadro M2000M, Quadro M1000M, Quadro M600M, Quadro K620M, NVS 810 | Tesla M10 | |
5.2 | GM200, GM204, GM206 | GeForce GTX Titan X, GeForce GTX 980 Ti, GeForce GTX 980, GeForce GTX 970, GeForce GTX 960, GeForce GTX 950, GeForce GTX 750 SE, GeForce GTX 980M, GeForce GTX 970M, GeForce GTX 970M, GeForce GTX 970M, GeForce GTX 970 | Quadro M6000 24GB, Quadro M6000, Quadro M5000, Quadro M4000, Quadro M2000, Quadro M5500, Quadro M5000M, Quadro M4000M, Quadro M3000M | Tesla M4, Tesla M40, Tesla M6, Tesla M60 | ||
5.3 | GM20B | Tegra X1, Jetson TX1, DRIVE CX, DRIVE PX | ||||
6.0 | Pascal | GP100 | Quadro GP100 | Tesla P100 | ||
6.1 | GP102, GP104, GP106, GP107, GP108 | Nvidia TITAN Xp, Titan X, GeForce GTX 1080 Ti, GTX 1080, GTX 1070, GTX 1060, GTX 1050 Ti, GTX 1050, GT 1030, MX150 | Quadro P6000, Quadro P5000, Quadro P4000, Quadro P2000, Quadro P1000, Quadro P600, Quadro P400, Quadro P5000 (mobiili), Quadro P4000 (mobiili), Quadro P3000 (mobiili) | Tesla P40, Tesla P6, Tesla P4 | ||
6.2 | GP10B [9] | Aja PX2:lle Tegra X2:lla (T186) [10] Jetson TX2 | ||||
7.0 | Volta | GV100 | Nvidia TITAN V | Quadro GV100 | Tesla V100,
Tesla V100S |
|
7.2 | GV10B [11] | Jetson Xavier, DRIVE PX Xavier/Pegasus ja Xavier SoC | ||||
7.5 | Turing | TU102, TU104, TU106 | NVIDIA TITAN RTX,
GeForce RTX 2080 Ti, RTX 2080 Super, RTX 2080, RTX 2070 Super, RTX 2070, RTX 2060 Super, RTX 2060, GeForce GTX 1660 Ti, GTX 1660 Super, GTX 1660, GTX 1650 Super, GTX 1650 |
Quadro RTX 8000, Quadro RTX 6000, Quadro RTX 5000, Quadro RTX 4000, Quadro RTX 3000,
Quadro T2000, Quadro T1000, Quadro T600 |
Tesla T4 | |
8.0 | Ampeeri | GA100 | A100 80GB, A100 40GB | |||
8.6 | GA102, GA104, GA106 | GeForce RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070, RTX 3060 Ti, RTX 3060, RTX 3050 Ti | RTX A6000, A40 |
|
|
|
|
|
Tämä C++- koodiesimerkki lataa tekstuurit kuvasta GPU :n taulukkoon :
cudaArray * cu_array ; rakenne < float , 2 > tex ; // Varaa muisti cudaMalloc- taulukolle ( & cu_array , cudaCreateChannelDesc < float > (), leveys , korkeus ); // Kopioi kuvatiedot cudaMemcpy- taulukkoon ( cu_array , kuva , leveys * korkeus , cudaMemcpyHostToDevice ); // Sido taulukko tekstuuriin cudaBindTexture ( tex , cu_array ); // Käynnistä kernel dim3 blockDim ( 16 , 16 , 1 ); dim3 gridDim ( leveys / blockDim . x , korkeus / blockDim . y , 1 ); ydin <<< gridDim , blockDim , 0 >>> ( d_data , leveys , korkeus ); cudaUnbindTexture ( teksti ); __global__ void kernel ( float * odata , int korkeus , int leveys ) { unsigned int x = blockIdx . x * blockDim . x + threadIdx . x ; unsigned int y = blockIdx . y * blockDim . y + threadIdx . y ; float c = tekstihaku ( tex , x , y ); odata [ y * leveys + x ] = c ; }Esimerkki Python -ohjelmasta , joka kertoo taulukon elementit GPU:n avulla. Vuorovaikutus tapahtuu PyCUDA:n avulla [12]
tuonti pycuda.driver drv - muodossa tuonti numpy drv . init () dev = drv . Laite ( 0 ) ctx = dev . make_context () mod = drv . SourceModule ( """ __global__ void multiply_them(float *dest, float *a, float *b) { const int i = threadIdx.x; dest[i] = a[i] * b[i]; } """ ) multiply_them = mod . get_function ( "multiply_them" ) a = nuhjuinen . satunnainen . randn ( 400 ) . astype ( numpy . float32 ) b = numpy . satunnainen . randn ( 400 ) . astype ( numpy . float32 ) dest = numpy . zeros_like ( a ) multiply_them ( drv . Out ( dest ), drv . In ( a ), drv . In ( b ), block = ( 400 , 1 , 1 )) tulostuskohde - a * b _Nvidia | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
GPU ( vertailu ) _ |
| ||||||||||
Emolevyn piirisarjat ( vertailu ) _ |
| ||||||||||
Muut |
|