NVIDIA Fermi架构：CUDA计算新篇章

"NVIDIA Fermi 计算架构白皮书详细介绍了NVIDIA的下一代CUDA计算和图形架构，代号为‘Fermi’。该架构是GPU计算领域的重要里程碑，旨在提供强大的并行处理能力和高级特性，以满足高性能计算和图形应用的需求。" NVIDIA的Fermi架构是继G80架构之后的一次重大升级，G80作为NVIDIA早期GPU计算架构的代表，已经奠定了GPU在科学计算和图形渲染领域的基础。Fermi架构的推出旨在进一步提升GPU的计算能力，尤其是对双精度浮点运算的支持，以及对CUDA编程模型的优化。 在硬件执行层面，Fermi架构引入了第三代流式多处理器（Streaming Multiprocessor, SM），每个SM拥有512个高性能CUDA核心，这显著提升了并行计算能力。此外，每个SM还包括16个加载/存储单元和4个特殊功能单元，用于处理各种计算任务。Fermi架构特别强调了对双精度运算的支持，这是科学计算中的关键需求，因为它能提供更高的精度。 Fermi架构还引入了双线程调度器，允许两个线程 warp（一组32个并发线程）同时执行，从而提高了指令级并行性。64KB可配置的共享内存和L1缓存进一步优化了数据访问效率，减少了全局内存访问的延迟。 在软件层面，Fermi支持第二代并行线程执行ISA（Instruction Set Architecture），使得CUDA编程模型更加成熟，能够更好地支持全C++编程。此外，Fermi优化了对OpenCL和DirectCompute的支持，使得开发者可以利用这些跨平台的API进行高效计算。其提供的32位IEEE浮点精度确保了计算的准确性，而通过预判（Predication）技术改进的条件性能，使代码执行更加灵活。 在内存子系统方面，NVIDIA的平行数据缓存（Parallel Data Cache）带有可配置的L1和统一L2缓存，提高了数据读写速度。Fermi还是首款支持ECC（错误检查和校正）内存的GPU，增强了数据完整性。快速原子内存操作功能则确保了多线程环境中的数据一致性。GigaThread线程调度器的引入，使得Fermi能处理上亿级别的线程，极大地提升了应用程序的运行速度。 NVIDIA Fermi架构是GPU计算的一次重大飞跃，它不仅提升了硬件性能，还在软件层面上提供了更丰富的工具和接口，促进了GPU计算在科学、工程、图形渲染等领域的广泛应用。