GPU知识了解

前言

　　今天在使用阿里云的时候，无意间看到了有GPU服务器，于是对它做了一个大概的了解。

　　

概念

　　GPU是Graphics Processing Unit的缩写，翻译成中文就是图形处理器。是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上图像运算工作的微处理器。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。

　　从定义看GPU最初是做图像处理工作的，但是从阿里云的介绍看，由于在浮点运算、并行计算方面出色能力，现在GPU的应用场景已经涵盖了深度学习，视频处理，科学计算，图形可视化等。

与CPU有什么不同

　　传统的中央处理器（CPU，Central Processing Unit) 内部结构异常复杂，主要是因为其需要很强的通用性来处理各种不同的数据类型，同时又要逻辑判断又会引入大量的分支跳转和中断的处理。

　　 GPU可以在无需中断的纯净环境下，处理类型高度统一的、相互无依赖的大规模数据。注意啊，这里是类型高度统一，相互无依赖，这样就保证了，GPU的结构可以非常简单，逻辑判断很少，并且由于无依赖可以有几千个核并行计算。

CPU和GPU就呈现出非常不同的架构（如图）：

　　绿色的是计算单元，橙红色的是存储单元，橙黄色的是控制单元。可以看到，GPU几乎全是计算单元，而控制单元和存储单元很少，几乎没有cache。

再来对比看看CPU和GPU的设计理念：

　　CPU基于低延时设计。

　　它有非常强大ALU，能够在很短时钟频率内完成计算。

　　大容量的缓存，可以保存数据，如果用到该数据直接读取缓存即可。

　　复杂的逻辑控制单元，分支预测可以减少延迟。

　　数据转发。 当一些指令依赖前面的指令结果时，数据转发的逻辑控制单元决定这些指令在pipeline中的位置并且尽可能快的转发一个指令的结果给后续的指令。

　　GPU基于大吞吐量设计。

　　非常小的缓存。非常简单的控制器。

　　缓存的设计不是为了使得后面访问前面的数据，而是为thread提高服务的。如果有很多线程需要访问同一个数据的话，缓存会合并这些访问，然后去访问DRAM(数据会保存在DRAM里，而不是在缓存里)，获取数据后cache会转发这个数据给对应的线程，这个时候是数据转发的角色。GPU的控制单元（左边黄色区域块）可以把多个的访问合并成少的访问。

　　GPU的虽然有dram延时，却有非常多的ALU和非常多的thread。所以编程的时候需要充分利用多线程，并行计算的优点。

　　

什么程序适合使用GPU

　　1)计算密集型；

　　2）易于并行执行的程序。

如何进行GPU程序的开发

　　为了降低GPU程序的开发难度，NVIDIA推出了 CUDA（Compute Unified Device Architecture，统一计算设备架构）这一编程模型。

参考文档：

https://www.zhihu.com/question/19903344

https://baike.baidu.com/item/%E5%9B%BE%E5%BD%A2%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8/8694767?fr=aladdin&fromid=105524&fromtitle=gpu

https://blog.csdn.net/shuzfan/article/details/76602565