CUDA

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 2. ledna 2021; kontroly vyžadují 16 úprav .
CUDA
Typ GPGPU
Vývojář NVIDIA Corporation
Operační systém Windows , Linux
První vydání 23. června 2007
Hardwarová platforma Podporované GPU
Nejnovější verze 11.6 (17. ledna 2022 ) ( 2022-01-17 )
Licence Freeware
webová stránka developer.nvidia.com/cud…
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

CUDA (původně zkratka z anglického  Compute unified device architecture ) je paralelní výpočetní hardwarová a softwarová architektura , která umožňuje výrazně zvýšit výpočetní výkon pomocí grafických procesorů Nvidia .

CUDA SDK umožňuje programátorům implementovat algoritmy ve speciálních zjednodušených dialektech programovacích jazyků C , C++ a Fortran , které lze implementovat na grafických a tensorových procesorech Nvidia [1] . Architektura CUDA dává vývojářům možnost organizovat přístup k instrukční sadě grafického nebo tenzorového akcelerátoru a spravovat jeho paměť podle svého uvážení. Funkce akcelerované pomocí CUDA lze volat z různých jazyků, včetně Pythonu [2] , MATLABu [3] atd.

Architektura softwaru

Počáteční verze CUDA SDK byla vydána 15. února 2007 . Programovací rozhraní aplikací CUDA je založeno na jazyce C s některými rozšířeními. K úspěšnému překladu kódu do tohoto jazyka obsahuje CUDA SDK vlastní kompilátor příkazového řádku C Nvidia nvcc . Kompilátor nvcc je založen na otevřeném kompilátoru Open64 a je navržen tak, aby překládal kód hostitele (hlavní, řídicí kód) a kód zařízení (hardwarový kód) (soubory s příponou .cu ) do objektových souborů vhodných pro vytvoření konečného programu nebo knihovny. v jakémkoli programovacím prostředí, jako je NetBeans .

Architektura CUDA využívá model mřížkové paměti , modelování shluků vláken a instrukce SIMD . Použitelné nejen pro vysoce výkonné grafické výpočty, ale také pro různé vědecké výpočty pomocí grafických karet nVidia. Vědci a výzkumníci používají CUDA ve velké míře v různých oblastech, včetně astrofyziky , výpočetní biologie a chemie , modelování dynamiky tekutin , elektromagnetických interakcí , počítačové tomografie , seismické analýzy a dalších. CUDA má schopnost připojit se k aplikacím, které používají OpenGL a Direct3D . CUDA je multiplatformní software pro operační systémy jako Linux , Mac OS X a Windows .

22. března 2010 nVidia vydala CUDA Toolkit 3.0, který obsahoval podporu pro OpenCL [4] .

Vybavení

Platforma CUDA se poprvé objevila na trhu s vydáním čipu G80 osmé generace NVIDIA a stala se přítomnou ve všech následujících sériích grafických čipů používaných v rodinách akcelerátorů GeForce , Quadro a NVidia Tesla .

První řada hardwaru s podporou CUDA SDK, G8x, měla 32bitový vektorový procesor s jednoduchou přesností využívající CUDA SDK jako API (CUDA podporuje doubletyp jazyka C, ale nyní je jeho přesnost snížena na 32bitové plovoucí bod ). Pozdější procesory GT200 mají podporu pro 64bitovou přesnost (pouze SFU), ale výkon je výrazně horší než pro 32bitovou přesnost (kvůli pouze dvěma SFU na stream multiprocesoru a osmi skalárním procesorům). GPU organizuje hardwarové multithreading, což vám umožňuje využívat všechny zdroje GPU. Otevírá se tak možnost přesunout funkce fyzického akcelerátoru na akcelerátor grafický (příklad implementace - PhysX ). Otevírá také široké možnosti využití zařízení počítačové grafiky k provádění složitých negrafických výpočtů: například ve výpočetní biologii a dalších vědních oborech.

Výhody

Ve srovnání s tradičním přístupem k organizaci univerzálního počítání prostřednictvím schopností grafických API má architektura CUDA v této oblasti následující výhody:

Omezení

Podporované GPU a GPU

Seznam zařízení od výrobce hardwaru Nvidia s deklarovanou plnou podporou technologie CUDA je uveden na oficiálních stránkách Nvidie [7] [8] .

Kompatibilita vývojářských systémů CUDA s generacemi kalkulaček:

Následující periferie aktuálně podporují technologii CUDA na trhu s PC hardwarem:

Verze

Specifikace

Architektura GPU Grafické karty rodiny GeForce Grafické karty rodiny Quadro, NVS grafické karty Tesla Video karty rodiny

Tegra,
Jetson,
DRIVE

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, GeForce 860 GT, GeForce, GeForce 860 GT, GeForce, GeForce 860 GT, GeForce 9400 800 GT ,
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 Nízký Profil, Quadro NV2, Quadro NV2 Profile Quadro 370 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 570, Quadro FX 370M, Quadro NVS Quadro FX 370M, Quadro NVS Quadro FX 370M, Quadro NVS Quadro FX 370M, Quadro NV 1655 , 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 3503M, 5 GeForce GTS 3503M,5 GeForce GeForce 3503M,5 GeForce 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, NVS
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 pro Mac, 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 pro Mac, 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 4010, GeForce GT 4010, 2 GeForce, GeForce 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 625M, 102 GeForce GeForce GT70M, GeForce GT70M GeForce 610M, GeForce 820M, GeForce GTX 580M, GeForce GTX 570M, GeForce GTX 560M, GeForce GT 555M, GeForce GT 550M, GeForce GT 540M, GeForce GT 525M, 2007 GeForce, GeForce GT5Force, 204075M GeForce GT5Force GeForce GTX 460M, GeForce GT 445M, GeForce GT 435M, GeForce GT 420M, GeForce GT 415M, GeForce 710M, GeForce 410M, GeForce GT 730 (DDR3 128-bit) 		Quadro 2000, Quadro 2000D, Quadro 600, Quadro 410, Quadro 4000M, Quadro 3000M, Quadro 2000M, Quadro 1000M, NVS 310, NVS 315, NVS 5400M, NVS 545200M, NVS NVS
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 GTX650 Ti BOOST, GeForce Ti BOOST, GeForce Ti BOOST, GeForce GTX
670 880M, GeForce GTX 780M, GeForce GTX 770M, GeForce GTX 765M, GeForce GTX 760M, GeForce GTX 680MX, GeForce GTX 680M, GeForce GTX 675MX, GTX57MX, GeForce GTX 670MX, GeForce GTX 670MX, GeForceM50M GeForceM GeForce GT 645M, GeForce GT 740M, GeForce GT 730M, GeForce GT 640M, GeForce GT 640M LE, GeForce GT 735M, GeForce GT 730M 		1 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 K1100M Quadro K2100M Quadro K2100M Quadro K2100M 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 710, GeForce GT 7740 (64bitová, 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 830M 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, 965M GTX 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 (mobilní), Quadro P4000 (mobilní), Quadro P3000 (mobilní) Tesla P40, Tesla P6, Tesla P4
6.2 GP10B [9] Pohon PX2 s Tegra X2 (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
s 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 Ampér 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
Desktop Nvidia GeForce
GeForce GTX TITAN, X, Z, černá
GeForce GTX 1050/Ti, 1060, 1070, 1080/Ti
GeForce GTX 950, 960, 970, 980/Ti
GeForce GTX 750/Ti, 760, 770, 780/Ti
GeForce GTX 650/Ti, 660/Ti, 670, 680, 690
GeForce GTX 520, 550 Ti, 560/Ti, 570, 580, 590
GeForce GTX 450, 460, 465, 470, 480
GeForce GTX 210, 220, 240, 260, 275, 280, 285, 295
GeForce GT120, GT130, GTS 150
GeForce 9600 GSO, 9800 GTX, 9800 GTX+, 9800 GX2
GeForce 9400 GT, 9500 GT, 9600 GT, 9800 GT
GeForce 9300mGPU, 9400mGPU
GeForce 8800 GT, 8800 GTS 512
GeForce 8400 GS, 8500 GT, 8600 GT, 8600 GTS
Nvidia GeForce pro mobilní počítače
GeForce GTX 580M
GeForce GTX 570M
GeForce GTX 560M
GeForce GT 555M
GeForce GT 540M
GeForce GT 525M
GeForce GT 520M
GeForce GTX 485M
GeForce GTX 480M
GeForce GTX 470M
GeForce GTX 460M
GeForce GT 445M
GeForce GT 435M
GeForce GT 425M
GeForce GT 420M
GeForce GT 415M
GeForce GTX 285M
GeForce GTX 280M
GeForce GTX 260M
GeForce GTS 360M
GeForce GTS 350M
GeForce GTS 250M
GeForce GTS 160M
GeForce GTS 150M
GeForce GT 335M
GeForce GT 330M
GeForce GT 325M
GeForce GT 240M
GeForce GT 130M
GeForce G210M
GeForce G110M
GeForce G105M
GeForce 310M
GeForce 305M
GeForce 9800M GTX
GeForce 9800M GT
GeForce 9800M GTS
GeForce 9700M GTS
GeForce 9700M GT
GeForce 9650M GS
GeForce 9600M GT
GeForce 9600M GS
GeForce 9500M GS
GeForce 9500M G
GeForce 9300M GS
GeForce 9300M G
GeForce 9200M GS
GeForce 9100MG
GeForce 8800M GTS
GeForce 8700M GT
GeForce 8600M GT
GeForce 8600M GS
GeForce 8400M GT
GeForce 8400M GS
Nvidia Tesla *
Tesla C2050/C2070
Tesla M2050/M2070/M2090
Tesla S2050
Tesla S1070
Tesla M1060
Tesla C1060
Tesla C870
Tesla D870
Tesla S870
Desktop Nvidia Quadro
Quadro 6000
Quadro 5000
Quadro 4000
Quadro 2000
Quadro 600
QuadroFX 5800
QuadroFX 5600
QuadroFX4800
Quadro FX 4700X2
QuadroFX4600
QuadroFX 3700
QuadroFX 1700
QuadroFX 570
QuadroFX470
Quadro FX 380 s nízkým profilem
QuadroFX 370
Quadro FX 370 s nízkým profilem
Quadro CX
Quadro NVS450
Quadro NVS 420
Quadro NVS 290
Quadro Plex 2100 D4
Quadro Plex 2200 D2
Quadro Plex 2100 S4
Quadro Plex 1000 Model IV
Nvidia Quadro pro mobilní počítače
Quadro 5010M
Quadro 5000M
Quadro 4000M
Quadro 3000M
Quadro 2000M
Quadro 1000M
QuadroFX 3800M
QuadroFX 3700M
QuadroFX 3600M
QuadroFX 2800M
QuadroFX 2700M
QuadroFX 1800M
QuadroFX 1700M
QuadroFX 1600M
QuadroFX 880M
QuadroFX 770M
QuadroFX 570M
QuadroFX 380M
QuadroFX 370M
QuadroFX 360M
Quadro NVS 5100M
Quadro NVS 4200M
Quadro NVS 3100M
Quadro NVS 2100M
Quadro NVS 320M
Quadro NVS 160M
Quadro NVS 150M
Quadro NVS 140M
Quadro NVS 135M
Quadro NVS 130M

Příklad

Tento příklad kódu C++ načte textury z obrázku do pole na GPU :

cudaArray * cu_array ; textura < float , 2 > tex ; // Alokace paměti pro pole cudaMalloc ( & cu_array , cudaCreateChannelDesc < float > (), width , height ); // Zkopírujte data obrázku do pole cudaMemcpy ( cuda_array , image , width * height , cudaMemcpyHostToDevice ); // Naváže pole na texturu cudaBindTexture ( tex , cu_array ); // Start kernel dim3 blockDim ( 16 , 16 , 1 ); dim3 gridDim ( šířka / blockDim . x , výška / blockDim . y , 1 ); kernel <<< gridDim , blockDim , 0 >>> ( d_odata , sirka , vyska ); cudaUnbindTexture ( tex ); __global__ void kernel ( float * odata , int height , int width ) { unsigned int x = blockIdx . x * blockDim . x + threadIdx . x ; unsigned int y = blockIdx . y * blockDim . y + threadIdx . y ; float c = texfetch ( tex , x , y ); odata [ y * šířka + x ] = c ; }

Příklad programu v Pythonu , který násobí prvky pole pomocí GPU. Interakce se provádí pomocí PyCUDA [12]

import pycuda.driver jako drv import numpy drv . init () dev = drv . Zařízení ( 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 = numpy . náhodný . randn ( 400 ) . astype ( numpy . float32 ) b = numpy . náhodný . randn ( 400 ) . astype ( numpy . float32 ) dest = numpy . nulám ( a ) násobit je ( drv . Out ( dest ), drv . In ( a ), drv . In ( b ), blok = ( 400 , 1 , 1 )) tisknout cíl - a * b

Odkazy

Oficiální zdroje

Neoficiální zdroje

Tomův hardware iXBT.com Jiné zdroje

Poznámky

  1. ↑ Jazyková řešení archivována 16. října 2018 na Wayback Machine / NVIDIA 
  2. ↑ PyCUDA | Vývojář NVIDIA . Získáno 16. října 2018. Archivováno z originálu 17. října 2018.
  3. ↑ MATLAB GPU Computing Support pro GPU s podporou NVIDIA CUDA . Staženo 1. září 2020. Archivováno z originálu 9. srpna 2020.
  4. ↑ Theo Walich. nVidia uvádí CUDA Toolkit 3.0 , rozšiřuje OpenCL  . Bright Side Of News (22. března 2010). Získáno 5. dubna 2010. Archivováno z originálu 3. března 2012.
  5. ↑ Viz Oficiální programovací příručka CUDA, ver. 1.1 // CUDA Programming Guide Archivováno 6. října 2008 na Wayback Machine . Kapitola 1. Úvod do CUDA → 1.2 CUDA: Nová architektura pro výpočty na GPU
  6. ↑ NVIDIA předala CUDA Compiler komunitě LLVM - opennet.ru . Datum přístupu: 13. května 2012. Archivováno z originálu 13. května 2012.
  7. ↑ Produkty GPU s podporou CUDA Archivovány 5. dubna 2008 na Wayback Machine 
  8. ↑ Produkty s podporou CUDA - NVIDIA . Získáno 26. února 2010. Archivováno z originálu 26. února 2010.
  9. ↑ Larabel, Michael NVIDIA zavádí v Nouveau podporu GPU Tegra X2 . Phoronix (29. března 2017). Získáno 8. srpna 2017. Archivováno z originálu 9. srpna 2017.
  10. ↑ Diskuse o kompilaci LUA na Drive PX2 . Bernhard Schuster . GitHub. Získáno 9. listopadu 2017. Archivováno z originálu dne 6. září 2020.
  11. ↑ Specifikace Nvidia Xavier archivovány 21. srpna 2018 na Wayback Machine na TechPowerUp (předběžné)
  12. ↑ PyCUDA . Archivováno z originálu 3. března 2012.
 Nvidia
GPU

( srovnání ) _
Brzy
Rodina RIVA
Rodina GeForce
Pracovní stanice a HPC
Technika
Čipové sady
základní desky

( srovnání ) _
Rodina GeForce
  • GeForce 8
  • GeForce 9
  • ION
rodina nForce
Technika
  • ESA
  • EPP
  • LinkBoost
  • MXM
  • MCP
  • zvuková bouře
  • SLI
jiný
Konzole
SoC
procesor
Ovladače / Software
Akvizice