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💻 编程范式

一句话总结:AI 高性能编程需要深入理解 GPU 架构,掌握 CUDA 和高级框架实现算子级优化。

📋 目录

  • GPU 架构
  • CUDA 编程
  • Triton
  • 算子优化

🖥️ GPU 架构

GPU 层次结构

关键参数

参数H100A100V100
CUDA Cores1689669125120
Tensor Cores528432640
显存80GB HBM2e80GB HBM2e32GB HBM2
显存带宽3.35 TB/s2.0 TB/s900 GB/s
峰值算力(FP8)4990 TFLOPS--
峰值算力(FP16)989 TFLOPS312 TFLOPS125 TFLOPS

🔥 CUDA 编程

基本 Kernel

__global__ void matrix_mul_kernel(float* A, float* B, float* C, int N) {
    int row = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;
    int col = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
    
    if (row < N && col < N) {
        float sum = 0.0f;
        for (int k = 0; k < N; k++) {
            sum += A[row * N + k] * B[k * N + col];
        }
        C[row * N + col] = sum;
    }
}

优化技巧

优化描述加速比
共享内存数据复用2-5×
内存合并访问连续内存访问2-3×
循环展开减少循环开销10-20%
指令重叠计算与通信重叠20-30%
寄存器优化减少寄存器溢出10-15%

🌿 Triton

Triton Kernel 示例

import triton
import triton.language as tl

@triton.jit
def matmul_kernel(
    a_ptr, b_ptr, c_ptr,
    M, N, K,
    stride_am, stride_ak,
    stride_bk, stride_bn,
    stride_cm, stride_cn,
    BLOCK_SIZE_M: tl.constexpr,
    BLOCK_SIZE_N: tl.constexpr,
    BLOCK_SIZE_K: tl.constexpr,
):
    pid_m = tl.program_id(0)
    pid_n = tl.program_id(1)
    
    offs_am = pid_m * BLOCK_SIZE_M + tl.arange(0, BLOCK_SIZE_M)
    offs_bn = pid_n * BLOCK_SIZE_N + tl.arange(0, BLOCK_SIZE_N)
    
    a_ptrs = a_ptr + offs_am[:, None] * stride_am + offs_bn[None, :] * stride_ak
    b_ptrs = b_ptr + offs_bn[:, None] * stride_bk + offs_am[None, :] * stride_bn
    
    accumulator = tl.zeros((BLOCK_SIZE_M, BLOCK_SIZE_N), dtype=tl.float32)
    
    for k in range(0, K, BLOCK_SIZE_K):
        a = tl.load(a_ptrs)
        b = tl.load(b_ptrs)
        accumulator += tl.dot(a, b)
        a_ptrs += BLOCK_SIZE_K * stride_ak
        b_ptrs += BLOCK_SIZE_K * stride_bn
    
    c_ptrs = c_ptr + offs_am[:, None] * stride_cm + offs_bn[None, :] * stride_cn
    tl.store(c_ptrs, accumulator)

⚡ 算子优化

Attention 优化

优化效果

优化显存速度
原始100%1×
分块50%1.2×
Flash Attn30%2-3×
算子融合20%4-5×

📚 延伸阅读

  • CUDA Toolkit
  • Triton — GPU 编程框架
  • FlashAttention — 高效 Attention
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上次更新: 2026/4/28 17:49
贡献者: colewort
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