1.2 ARCHITECTURE OF A MODERN GPU

图1.2显示了典型的支持CUDA的GPU架构的高级视图。它被组织成一系列高线程的流式多处理器（SM）。在图中1.2，两个SM构成一个 block。然而，构建块中的SM数量可能因代而异。此外，在图中，每个SM都有多个共享控制逻辑和指令缓存的流处理器（SP）。每个GPU目前都配有千兆字节的图形双数据速率（GDDR）、同步DRAM（SDRAM），在图1.2中称为全局内存。
GDDR SDRAM与CPU主板上的系统DRAM不同，因为它们本质上是用于图形的帧缓冲内存。对于gqraphics应用程序，它们保存视频图像和纹理信息用于3D渲染。对于计算来说，它们作为非常高带宽的片外内存，尽管延迟比典型的系统内存要长一些。对于大规模并行应用程序，更高的带宽弥补了更长的延迟。较新的产品，如NVIDIA的Pascal架构，可能使用高带宽内存（HBM）或HBM2架构。为了简洁起看，我们将简单地将所有这些类型的内存称为本书其余部分的DRAM。

G80引入了CUDA架构，并通过PCI-Express第2代（Gen2）接口具有与CPU核心逻辑的通信链路。通过PCI-E Gen2，CUDA应用程序可以以4 GB/S的方式将数据从系统内存传输到全局内存，同时以4 GB/S的方式将数据上传回系统内存。总共有8 GB/S。较新的GPU使用PCI-E Gen3或Gen4，每个方向支持8-16 GB/s。Pascal系列GPU还支持NVLINK，这是一种CPU-GPU和GPU-GPU互连，允许每个通道传输高达40 GB/s。随着GPU内存大小的增长，应用程序越来越多地将其数据保存在全局内存中，并且仅在需要使用仅在CPU上可用的库时偶尔使用PCI-E或NVLINK与CPU系统内存通信。未来，随着系统内存的CPU总线带宽的增长，通信带宽预计也会增长。

一个好的应用程序通常在这个芯片上同时运行5000到12,000个线程。对于那些习惯于CPU多线程的人来说，请注意，英特尔CPU支持每个核心的2或4个线程，具体取决于机器型号。然而，CPU越来越多地使用单指令多数据（SIMD）指令以获得高数值性能。GPU硬件和CPU硬件支持的并行性水平正在迅速提高。因此，在开发计算应用程序时，努力实现高水平的并行性非常重要。