NVIDIA Fermi架构:CUDA计算新篇章
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更新于2024-07-24
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"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。
2017-12-25 上传
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Torstan1
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