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通用圖形處理器設(shè)計——GPGPU編程模型與架構(gòu)原理

通用圖形處理器設(shè)計——GPGPU編程模型與架構(gòu)原理

出版社：清華大學(xué)出版社出版時間：2022-05-01
開本： 其他 頁數(shù)： 224
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通用圖形處理器設(shè)計——GPGPU編程模型與架構(gòu)原理 版權(quán)信息

通用圖形處理器設(shè)計——GPGPU編程模型與架構(gòu)原理 本書特色

本書是國內(nèi)首部關(guān)于GPGPU芯片架構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)性介紹的教材，兼顧理論基礎(chǔ)及實現(xiàn)應(yīng)用，廣采而精取，層層揭開GPGPU芯片原理。本書可作為高等院校、科研機構(gòu)等相關(guān)單位從事理論教學(xué)或者計算機學(xué)科進行科學(xué)研究的科學(xué)家、工程師的參考書籍，也可作為高年級本科生和研究生的學(xué)習(xí)參考書籍。

通用圖形處理器設(shè)計——GPGPU編程模型與架構(gòu)原理 內(nèi)容簡介

本書是一本通用GPU芯片為基礎(chǔ)實現(xiàn)芯片設(shè)計的專業(yè)書籍。介紹了GPU的基礎(chǔ)理論，GPGPU的軟硬件架構(gòu)，相關(guān)工具以及優(yōu)化技術(shù)。以通用GPGPU芯片為基礎(chǔ)平臺進行展開，重點深入了芯片的架構(gòu)設(shè)計原理，架構(gòu)設(shè)計理念和程序優(yōu)化技術(shù)，同時以結(jié)合AI應(yīng)用展現(xiàn)性能優(yōu)勢和特有價值。通過本書，使讀者能系統(tǒng)了解體系結(jié)構(gòu)理論，促進GPGPU芯片架構(gòu)設(shè)計的興趣與學(xué)習(xí)，不斷了解GPGPU芯片技術(shù)的新發(fā)展，新技術(shù)。本書是國內(nèi)首部關(guān)于GPGPU芯片架構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)性介紹的教材，兼顧理論基礎(chǔ)及實現(xiàn)應(yīng)用，廣采而精取，層層揭開GPGPU芯片原理。本書可作為高等院校、科研機構(gòu)等相關(guān)單位從事理論教學(xué)或者計算機學(xué)科進行科學(xué)研究的科學(xué)家、工程師的參考書籍，也可作為高年級本科生和研究生的學(xué)習(xí)參考書籍。

通用圖形處理器設(shè)計——GPGPU編程模型與架構(gòu)原理 目錄

第1章 GPGPU概述
1.1 GPGPU與并行計算機
1.1.1 并行體系結(jié)構(gòu)
1.1.2 GPU與CPU體系結(jié)構(gòu)對比
1.2 GPGPU發(fā)展概述
1.2.1 GPU
1.2.2 從GPU到GPGPU
1.3 現(xiàn)代GPGPU產(chǎn)品
1.3.1 NVIDIA GPGPU
1.3.2 AMD GPGPU
1.3.3 Intel GPGPU
1.3.4 其他GPU
參考文獻
第2章 GPGPU編程模型
2.1 計算模型
2.1.1 數(shù)據(jù)并行和線程
2.1.2 主機-設(shè)備端和內(nèi)核函數(shù)
2.2 線程模型
2.2.1 線程組織與數(shù)據(jù)索引
2.2.2 線程分配與執(zhí)行
2.2.3 線程模型小結(jié)
2.3 存儲模型
2.3.1 多樣的存儲器類型
2.3.2 存儲資源與線程并行度
2.4 線程同步與通信模型
2.4.1 同步機制
2.4.2 協(xié)作組
2.4.3 流與事件
2.4.4 原子操作
2.5 CUDA指令集概述

2.5.1 中間指令PTX
2.5.2 機器指令SASS
參考文獻
第3章 GPGPU控制核心架構(gòu)
3.1 GPGPU架構(gòu)概述
3.1.1 CPU-GPGPU異構(gòu)計算系統(tǒng)
3.1.2 GPGPU架構(gòu)
3.1.3 擴展討論：架構(gòu)特點和局限性
3.2 GPGPU指令流水線
3.2.1 前段：取指與譯碼
3.2.2 中段：調(diào)度與發(fā)射
3.2.3 后段：執(zhí)行與寫回
3.2.4 擴展討論：線程束指令流水線
3.3 線程分支
3.3.1 謂詞寄存器
3.3.2 SIMT堆棧
3.3.3 分支屏障
3.3.4 擴展討論：更高效的線程分支執(zhí)行
3.4 線程束調(diào)度
3.4.1 線程束并行、調(diào)度與發(fā)射
3.4.2 基本的調(diào)度策略
3.4.3 擴展討論：線程束調(diào)度策略優(yōu)化
3.5 記分牌
3.5.1 數(shù)據(jù)相關(guān)性
3.5.2 GPGPU中的記分牌
3.5.3 擴展討論：記分牌設(shè)計優(yōu)化
3.6 線程塊分配與調(diào)度
3.6.1 線程塊并行、分配與調(diào)度
3.6.2 基本的線程塊分配與調(diào)度策略
3.6.3 擴展討論：線程塊分配與調(diào)度策略優(yōu)化
參考文獻
第4章 GPGPU存儲架構(gòu)
4.1 GPGPU存儲系統(tǒng)概述
4.1.1 CPU的層次化存儲
4.1.2 GPGPU的存儲層次
4.2 寄存器文件
4.2.1 并行多板塊結(jié)構(gòu)
4.2.2 板塊沖突和操作數(shù)收集器
4.2.3 操作數(shù)并行訪問時的相關(guān)性冒險
4.2.4 擴展討論：寄存器文件的優(yōu)化設(shè)計
4.3 可編程多處理器內(nèi)的存儲系統(tǒng)
4.3.1 數(shù)據(jù)通路概述
4.3.2 共享存儲器訪問
4.3.3 L1高速緩存訪問
4.3.4 紋理緩存
4.3.5 擴展討論：片上存儲系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
4.4 可編程多處理器外的存儲系統(tǒng)
4.4.1 存儲分區(qū)單元
4.4.2 L2緩存
4.4.3 幀緩存單元
4.4.4 全局存儲器
4.5 存儲架構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
4.5.1 片上存儲資源融合
4.5.2 技術(shù)對比與小結(jié)
參考文獻
第5章 GPGPU運算單元架構(gòu)
5.1 數(shù)值的表示
5.1.1 整型數(shù)據(jù)
5.1.2 浮點數(shù)據(jù)
5.1.3 擴展討論：多樣的浮點數(shù)據(jù)表示
5.2 GPGPU的運算單元
5.2.1 整型運算單元
5.2.2 浮點運算單元
5.2.3 特殊功能單元
5.2.4 張量核心單元
5.3 GPGPU的運算單元架構(gòu)
5.3.1 運算單元的組織和峰值算力
5.3.2 實際的指令吞吐率
5.3.3 擴展討論：脈動陣列結(jié)構(gòu)
參考文獻
第6章 GPGPU張量核心架構(gòu)
6.1 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算
6.1.1 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算特征
6.1.2 卷積運算方式
6.2 張量核心架構(gòu)
6.2.1 張量核心架構(gòu)特征概述
6.2.2 Volta架構(gòu)中的張量核心
6.2.3 張量核心的發(fā)展
6.2.4 擴展討論：張量核心對稀疏的支持
6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算的軟件支持

6.4 深度學(xué)習(xí)評價基準(zhǔn)——MLPerf
參考文獻
第7章 總結(jié)與展望
7.1 本書內(nèi)容總結(jié)
7.2 GPGPU發(fā)展展望

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通用圖形處理器設(shè)計——GPGPU編程模型與架構(gòu)原理 作者簡介

景乃鋒，上海交通大學(xué)電子信息學(xué)院副研究員。博士畢業(yè)于上海交通大學(xué)。研究方向包括：高性能及高可靠性計算機系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)，數(shù)字電路及計算機輔助設(shè)計等。

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