"NVIDIA Fermi白皮书是关于NVIDIA公司下一代CUDA计算和图形架构的详细技术文档,该架构以物理学家费米命名。Fermi架构是自G80以来GPU架构的一大飞跃,它在性能、可编程性和计算效率上都有显著提升。"
Fermi架构的引入标志着GPU计算的一个新纪元。G80架构,作为NVIDIA的里程碑产品,为GPU计算奠定了基础。而Fermi则进一步扩展了这个概念,不仅提升了GPU的性能,还增强了其在科学计算和高性能计算领域的应用能力。
在Fermi架构中,最引人注目的是其第三代流式多处理器(Streaming Multiprocessor,SM)。每个SM包含512个高性能的CUDA核心,这使得Fermi在并行处理能力上有了巨大的飞跃。此外,每个SM还配备16个加载/存储单元和4个特殊功能单元,这些单元协同工作,处理复杂的计算任务。
设计上,Fermi支持双精度浮点运算,这对于科学计算来说至关重要,因为许多科学算法需要高精度的计算。双线程调度器的引入进一步提高了资源利用率,使得两个独立的 warp(一组32个线程)可以在同一时间内执行,从而减少了计算延迟。
Fermi架构还优化了内存子系统,包括64KB可配置的共享内存和L1缓存,以及NVIDIA特有的并行数据缓存,这提供了更高效的数据管理和高速访问。此外,Fermi是首款支持错误校验和纠正码(ECC)内存的GPU,确保了高精度计算中的数据完整性。快速原子操作功能则加强了多线程环境下的同步机制。
在软件层面,Fermi支持第二代并行线程执行指令集(Parallel Thread Execution ISA),这使得GPU可以更好地理解和执行C++程序。统一地址空间的实现意味着GPU可以直接支持全功能的C++编程,而不仅仅是简单的着色器语言。Fermi还针对OpenCL和DirectCompute进行了优化,这使得开发人员可以利用GPU的计算能力来编写跨平台的应用程序。
总而言之,NVIDIA的Fermi架构通过创新的设计和强大的硬件特性,极大地推动了GPU计算的发展,使其成为高性能计算、机器学习和深度学习等领域的首选平台。这一架构的推出,不仅提升了图形渲染的速度,还开创了GPU在科学计算领域的新篇章。