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GPU 与 CUDA

CPU是什么大家都知道，简单的比喻CPU相当于人的大脑可以用来运算， 比如 1+1 =2。其实在电脑里还有一个部件可以用来运算，就是GPU。

GPU， 全写是Graphics Processing Unit， 图形处理器，俗称显卡，其主要用来运算屏幕上点的显示， 但其也可以用来进行其他的数学运算。
特别是在区块链中的哈希运算以及人工智能中的运算， GPU表现出比CPU更好的性能，于是电脑发展逐步从CPU中央处理发展到CPU与GPU协同处理。
于是乎， 显卡的知名厂商之一 NVIDA（英伟达）发明了CUDA编程模型。

CUDA 是什么

1. 定义
CUDA（Compute Unified Device Architecture）是NVIDIA推出的并行计算平台和编程模型，允许开发者利用GPU的强大计算能力进行通用计算。

2. 核心概念

• 线程（Thread）：CUDA程序的基本执行单元。
• 线程块（Block）：一组线程，共享内存并同步执行。
• 网格（Grid）：多个线程块的集合。
• 内核（Kernel）：在GPU上执行的函数。
• 流处理器（Streaming Multiprocessor, SM）：GPU的核心计算单元。

3. 编程模型

• 主机（Host）：CPU及其内存。
• 设备（Device）：GPU及其内存。
• 内存管理：包括主机与设备之间的数据传输和设备内存的分配与释放。

4. 优势

• 高性能：适用于大规模并行计算。
• 灵活性：支持C/C++扩展，易于集成。
• 广泛应用：涵盖科学计算、机器学习、图形处理等领域。

5. 应用场景

• 深度学习：加速神经网络训练与推理。
• 科学计算：如流体动力学、分子动力学模拟。
• 图形渲染：实时渲染与物理模拟。

cuDNN 又是什么

1. 定义
cuDNN（CUDA Deep Neural Network library）是NVIDIA专为深度学习优化的GPU加速库，提供高效实现常见深度学习操作的接口。

2. 核心功能

• 卷积：支持多种卷积操作。
• 池化：包括最大池化和平均池化。
• 激活函数：如ReLU、tanh、sigmoid。
• 归一化：如批量归一化。
• Softmax：用于分类任务。

3. 优势

• 高性能：针对NVIDIA GPU优化。
• 易用性：提供简单API，易于集成。
• 兼容性：支持主流深度学习框架。

4. 应用场景

• 卷积神经网络（CNN）：如图像分类、目标检测。
• 循环神经网络（RNN）：如自然语言处理、时间序列预测。
• 生成对抗网络（GAN）：如图像生成、风格迁移。

5. 与CUDA的关系
cuDNN基于CUDA构建，依赖CUDA提供的基础计算能力，专注于深度学习操作的高效实现。

CUDA VS cuDNN

• CUDA 是通用并行计算平台，适用于多种高性能计算任务。
• cuDNN 是深度学习专用库，基于CUDA，提供高效深度学习操作实现。

两者结合，显著提升了深度学习模型的训练和推理效率。

整体的关系如下图：

下载地址

• CUDA 下载地址
  https://developer.nvidia.com/cuda-10.0-download-archive?target_os=Windows&target_arch=x86_64&target_version=10&target_type=exelocal
• cuDNN 下载地址
  https://developer.nvidia.com/rdp/cudnn-archive

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