1、thread,block,grid,warp,sp,sm概念以及关系?

答:sp: 最基本的处理单元,streaming processor  最后具体的指令和任务都是在sp上处理的。GPU进行并行计算,也就是很多个sp同时做处理。

sm:多个SP加上其他的一些资源组成一个streaming multiprocessor。也叫GPU大核,其他资源如:warp scheduler,register,shared memory等。SM可以看做GPU的心脏(对比CPU核心),register和shared memory是SM的稀缺资源。CUDA将这些资源分配给所有驻留在SM中的threads。因此,这些有限的资源就使每个SM中active warps有非常严格的限制,也就限制了并行能力。

warp:GPU执行程序时的调度单位,目前cuda的warp的大小为32,同在一个warp的线程,以不同数据资源执行相同的指令。

grid、block、thread:在利用cuda进行编程时,一个grid分为多个block,而一个block分为多个thread.其中任务划分到是否影响最后的执行效果。划分的依据是任务特性和GPU本身的硬件特性

首先我们要明确:SP(streaming Process),SM(streaming multiprocessor)是硬件(GPU hardware)概念。而thread,block,grid,warp是软件上的(CUDA)概念。所以在资料时注意讨论的是硬件还是编程。

从硬件来看,每个SM包含的SP数量依据GPU架构而不同,Fermi架构GF100是32个,GF10X是48个,Kepler架构都是192个,Maxwell都是128个。相同架构的GPU包含的SM数量则根据GPU的中高低端来定。下图给出Nvidia GTX980 的一个SM示意图,图中每个绿色框框表示一个SP。注意,在Maxwell架构中,Nvidia已经把SM改叫SMM。下图表示的仅仅是一个SMM,一个GPU可以有多个SM(比如16个),最终一个GPU可能包含有上千个SP。这么多核心“同时运行”,速度可想而知,这个引号只是想表明实际上,软件逻辑上是所有SP是并行的,但是物理上并不是所有SP都能同时执行计算,因为有些会处于挂起,就绪等其他状态,这有关GPU的线程调度。

GPU启动像素流_GPU启动像素流

从软件看,thread,block,grid,warp是CUDA编程上的概念,以方便程序员软件设计,组织线程,同样的我们给出一个示意图来表示。

GPU启动像素流_多线程_02

它们的关系,从软件上看,SM更像一个独立的CPU core。SM(Streaming Multiprocessors)是GPU架构中非常重要的部分,GPU硬件的并行性就是由SM决定的。以Fermi架构为例,其包含以下主要组成部分:

  •     CUDA cores
  •     Shared Memory/L1Cache
  •     Register File
  •     Load/Store Units
  •     Special Function Units
  •     Warp Scheduler

GPU中每个sm都设计成支持数以百计的线程并行执行,并且每个GPU都包含了很多的SM,所以GPU支持成百上千的线程并行执行。当一个kernel启动后,thread会被分配到这些SM中执行。大量的thread可能会被分配到不同的SM,同一个block中的threads必然在同一个SM中并行(SIMT)执行。每个thread拥有它自己的程序计数器和状态寄存器,并且用该线程自己的数据执行指令,这就是所谓的Single Instruction Multiple Thread。

一个SP可以执行一个thread,但是实际上并不是所有的thread能够在同一时刻执行。Nvidia把32个threads组成一个warp,warp是调度和运行的基本单元。warp中所有threads并行的执行相同的指令。一个warp需要占用一个SM运行,多个warps需要轮流进入SM。由SM的硬件warp scheduler负责调度。目前每个warp包含32个threads(Nvidia保留修改数量的权利)。所以,一个GPU上resident thread最多只有 SM*warp个。

2、如何划分block,thread的数量才是最优?

3、SP使用SM中的寄存器是否就是本地内存的物理单元?以及如何最优使用寄存器?

答:编译器是会把局部变量存储到寄存器中的。