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基于CUDA的GPU计算PI值

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基于CUDA的GPU计算PI值。本项目使用CUDA编程模型并行计算PI值,研究GPU与CPU效率的比较,分析不同GPU线程分块对性能的影响。

异构计算试验报告

---实验1:基于CUDA的GPU计算PI值

第一部分:实验环境

OS:Windows 10

CPU:intel(R) Core(TM) i7-10510U CPU@mailto:CPU@ 1.80Ghz

GPU:NVIDIA GeForce MX250

编译器: cl :v19.29.30133

nvcc:Cuda compilationn tools, release 11.4, V11.4.120

第二部分:实验内容

使用 CUDA 编程模型并行计算 PI 值,研究 GPU 与 CPU 效率的比较,分析不同 GPU 线程分块对性能的影响

第三部分:实验原理

数学原理为

1 积分求解


基于CUDA的GPU计算PI值_分块

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2 幂级数求解


基于CUDA的GPU计算PI值_分块_02

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使用 CUDA 编程模型,程序执行过程为

CUDAMALLOC -> CUDAMEMCPY(HTOD) ->KERNEL->CUDAMEMCPY(DTOH)

在执行和函数时指定 <<<grid,block>>> 来控制线程的数量和结构

第四部分:性能分析

# define N 迭代次数

1 CPU VS GPU

1.1 单核比较

N = (10001000100)=100M

CPU(thread = 1):4.887(s)

GPU(grid = 1,block=1):用时过长..无法测量

1.2 多核比较

首先要发挥出最大的 CPU 性能,由于机器的 CPU 是逻辑 8 核的,所以理论上开启 8 个线程可以发挥最大性能。所以我写了一个 8 线程并行的程序来计算,同样循环 N=(10001000100)次


基于CUDA的GPU计算PI值_并行计算_03

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可以看出新的时间为 0.768s 快了不少

(PS:这里的程序是使用 GCC 编译的,而 CUDA 程序 NVCC 调用的是 MSCV 的编译器,Windows 平台上 NVCC 不支持 GCC,但是结果应该是差不多的)

2 GPU 性能分析

接下来就是找出 GPU 的最高性能了。

首先在 grid = 1 下探究 block 里的线程数对性能的影响。这里可以直接用 nvprof 分析,非常方便。

2.1 grid = (1,1,1) block = (10,1,1)


基于CUDA的GPU计算PI值_分块_04

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一共用时:34.5556s 线程数:10

可以注意到,在本程序中,主要的时间是消耗在计算上的,由于没有什么要拷贝的内存,所以瓶颈只会出现在计算上

2.2 grid=(1,1,1) block=(100,1,1)


基于CUDA的GPU计算PI值_并行计算_05

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一共用时:2.58383s 线程数:100

2.3 grid=(1,1,1) block=(1000,1,1)


基于CUDA的GPU计算PI值_并行计算_06

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一共用时:1.543s 线程数:1000

每个 block 的最大线程数限制是 1024,这里就不能再增加 block 了

基于CUDA的GPU计算PI值_并行计算_07

基于CUDA的GPU计算PI值_并行计算_08

基于CUDA的GPU计算PI值_并行计算_09

基于CUDA的GPU计算PI值_分块_10

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