GPU 程式設計入門到精通之 第乙個 GPU 程式

2021-09-21 10:10:51 字數 2177 閱讀 8926

gpu 程式設計入門到精通(三)之 第乙個 gpu 程式 中講到了如何利用 cuda5.5 在 gpu 中執行乙個程式。通過程式的執行,我們看到了 gpu 確實可以作為乙個運算器,但是,我們在前面的例子中並沒有正真的發揮 gpu 並行處理程式的能力,也就是說之前的例子只利用了 gpu 的乙個執行緒,沒有發揮程式的並行性。

先來說說 cuda5.5 中 gpu 的架構。它是由 grid 組成,每個 grid 又可以由 block 組成,而每個 block 又可以細分為 thread。所以,執行緒是我們處理的最小的單元了。

接下來的例子通過修改前乙個例子,把陣列分割成若干個組(每個組由乙個執行緒實現),每個組計算出乙個和,然後在 cpu 中將分組的這幾個和加在一起,得到最終的結果。這種思想叫做歸約。其實和分治思想差不多,就是先將大規模問題分解為小規模的問題,最後這些小規模問題整合得到最終解。

由於我的 gpu 支援的塊內最大的執行緒數是 512 個,即cudagetdeviceproperties中的maxthreadsperblock屬性。如何獲取這個屬性,請參看 gpu 程式設計入門到精通(二)之 執行第乙個程式 這一章節。 我們使用 512 個執行緒來實現並行加速。

好了,接下來就是寫程式的時候了。

編譯後,執行結果如下所示:

經過修改以後的程式,比之前的快了將近 36 倍(可以參考博文 gpu 程式設計入門到精通(三)之 第乙個 gpu 程式 進行比較),可見並行化處理還是存在優勢的。不過仔細想一下,我們使用了 512 個執行緒, 可是效能怎麼才提公升了 36 倍,不應該是 512 倍嗎???

這裡就涉及到記憶體的訪問模式了,顯示卡上面的記憶體是 dram,是效率最高的訪問方式,它是一種連續的訪問方式。前面我們的程式確實的連續讀取的呀,都挨個讀取了,怎麼還是沒有達到預期的效果呢???

這裡還需要考慮 thread 的執行方式,gpu 程式設計入門到精通(三)之 第乙個 gpu 程式 中說到,當乙個 thread 在等待記憶體資料的時候, gpu 就會切換到下乙個 thread。所以,實際執行的順序類似於 thread0 —> thread1 —> … … —> thread511。

這就導致了同乙個 thread 在讀取記憶體是連續的, 但是對於整體而言,執行的過程中讀取就不是連續的了(這裡自己仔細想想,就明白了)。所以,正確的做法如下**所示:

執行緒編號

資料下標

00 ~ 512

… …… …

511511 ~ 1023

根據這個原理,修改核心函式如下:

for (int i = tid; i < data_size; i += thread_num)
編譯執行後結果如下所示:

修改後程式,比之前的又快了 13 倍左右,可見,對記憶體的讀取方式對於效能的影響很大。

至此,並行化後的程式較未並行化之前的程式,速度上快了 493 倍左右,可見,基本上發揮了 512 個執行緒的優勢。

讓我們再來分析一下效能:

此 gpu 消耗的時鐘週期: 1595788 cycles

geforce g 103m 的 clockrate: 1.6 ghz

所以可以計算出 gpu 上執行時間是: 時鐘週期 / clockrate = 997.3675 us

1 m 個 int 型資料有 4m byte 的資料量,實際使用的 gpu 記憶體頻寬是:資料量 / 執行時間 = 4.01 gb/s

再來看看我的 gpu geforce 103m 的記憶體頻寬:執行 sdk 目錄下面 /samples/1_utilities/bandwidthtest

執行後結果如下所示:

通過與系統引數的對比,可以知道,基本上達到了系統的極限效能。

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