大规模并行处理器编程实战

第1章 引言 1

1.1 gpu与并行计算机 2

1.2 现代gpu的体系结构 7

1.3 为什么需要更高的速度和并行化 8

1.4 并行编程语言与模型 11

1.5 综合目标 12

1.6 本书的组织结构 13

第2章 gpu计算的发展历程 17

2.1 图形流水线的发展 18

2.1.1 固定功能的图形流水线时代 18

2.1.2 可编程实时图形流水线的发展 21

2.1.3 图形与计算结合的处理器 23

2.1.4 gpu：一个中间步骤 25

2.2 gpu计算 26

2.2.1 可扩展的gpu 27

2.2.2 发展近况 27

2.3 未来发展趋势 28

第3章 cuda简介 31

3.1 数据并行性 32

3.2 cuda的程序结构 33

.3.3 矩阵乘法示例 34

3.4 设备存储器与数据传输 37

3.5 kernel函数与线程 41

3.6 小结 45

3.6.1 函数声明 45

3.6.2 启动kernel函数 46

3.6.3 预定义变量 46

3.6.4 运行时api 46

第4章 cuda线程 49

4.1 cuda线程组织结构 50

4.2 使用blockidx和threadidx 54

4.3 同步与透明可扩展性 58

4.4 线程分配 59

4.5 线程调度和容许延时 60

4.6 小结 62

4.7 习题 63

第5章 cuda存储器模型 65

5.1 存储器访问效率的重要性 66

5.2 cuda设备存储器的类型 67

5.3 减少全局存储器流量的策略 70

5.4 存储器——限制并行性的一个因素 76

5.5 小结 77

5.6 习题 78

第6章 性能优化 79

6.1 更多关于线程执行的问题 80

6.2 全局存储器的带宽 86

6.3 sm资源的动态划分 93

6.4 数据预取 95

6.5 指令混合 97

6.6 线程粒度 98

6.7 可度量的性能和小结 99

6.8 习题 100

第7章 浮点运算 105

7.1 浮点格式 106

7.1.1 m的规范化表示 106

7.1.2 e的余码表示 107

7.2 能表示的数 109

7.3 特殊的位模式与精度 113

7.4 算术运算的准确度和舍入 114

7.5 算法的优化 114

7.6 小结 115

7.7 习题 116

第8章 应用案例研究：高级mri重构 117

8.1 应用背景 118

8.2 迭代重构 120

8.3 计算fhd 123

8.4 最终评估 139

8.5 习题 142

第9章 应用案例研究：分子可视化和分析 143

9.1 应用背景 144

9.2 kernel函数简单的实现方案 145

9.3 指令执行效率 149

9.4 存储器合并 151

9.5 附加性能比较 154

9.6 采用多gpu 156

9.7 习题 157

第10章 并行编程和计算思想 159

10.1 并行编程的目标 160

10.2 问题分解 161

10.3 算法选择 163

10.4 计算思想 168

10.5 习题 169

第11章 opencl简介 171

11.1 背景 172

11.2 数据并行性模型 173

11.3 设备的体系结构 175

11.4 kernel函数 176

11.5 设备管理和启动kernel 177

11.6 opencl中的静电势图谱 179

11.7 小结 183

11.8 习题 184

第12章 结论与展望 185

12.1 重申目标 186

12.2 存储器体系结构的演变 187

12.2.1 大型虚拟和物理地址空间 187

12.2.2 统一的设备存储空间 188

12.2.3 可配置的缓存和暂时存储器 188

12.2.4 提高原子操作的速度 189

12.2.5 提高全局存储器的访问速度 189

12.3 kernel函数执行控制过程的演变 190

12.3.1 kernel函数内部的函数调用 190

12.3.2 kernel函数中的异常处理 190

12.3.3 多个kernel函数的同步执行 191

12.3.4 可中断的kernel函数 191

12.4 内核的性能 191

12.4.1 双精度的速度 191

12.4.2 提高控制流的效率 192

12.5 编程环境 192

12.6 美好前景 193

附录a 矩阵乘法主机版的源代码 195

附录b gpu的计算能力 207

《大规模并行处理器编程实战》介绍了学生和专业人员都适合的并行编程与gpu体系结构的基本概念，详细剖析了编写并行程序所需的各种技术，用案例研究说明了并行程序设计的整个开发过程，即从计算思想开始，直到最终实现高效可行的并行程序。《大规模并行处理器编程实战》特色：介绍了计算思想，可以使读者能够在实现高性能并行计算的基础上来考虑和解决问题。如何使用cuda（统一计算设备架构），cuda是nvidia公司专门为大规模并行环境创建的软件开发工具。如何使用cuda编程模型和opencl同时实现高性能和高可靠性。

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