[原]CUDA中grid、block、thread、warp與SM、SP的關系

2015-3-27閱讀209 評論0

首先概括一下這幾個概念。其中SM（Streaming Multiprocessor）和SP（streaming Processor）是硬件層次的，其中一個SM可以包含多個SP。thread是一個線程，多個thread組成一個線程塊block，多個block又組成一個線程網格grid。

現在就說一下一個kenerl函數是怎么執行的。一個kernel程式會有一個grid，grid底下又有數個block，每個block是一個thread群組。在同一個block中thread可以通過共享內存（shared memory）來通信，同步。而不同block之間的thread是無法通信的。

CUDA的設備在實際執行過程中，會以block為單位。把一個個block分配給SM進行運算；而block中的thread又會以warp（線程束）為單位，對thread進行分組計算。目前CUDA的warp大小都是32，也就是說32個thread會被組成一個warp來一起執行。同一個warp中的thread執行的指令是相同的，只是處理的數據不同。

基本上warp 分組的動作是由SM 自動進行的，會以連續的方式來做分組。比如說如果有一個block 里有128 個thread 的話，就會被分成四組warp，第0-31 個thread 會是warp 1、32-63 是warp 2、64-95是warp 3、96-127 是warp 4。而如果block 里面的thread 數量不是32 的倍數，那他會把剩下的thread獨立成一個warp；比如說thread 數目是66 的話，就會有三個warp：0-31、32-63、64-65 。由于最后一個warp 里只剩下兩個thread，所以其實在計算時，就相當于浪費了30 個thread 的計算能力；這點是在設定block 中thread 數量一定要注意的事！

一個SM 一次只會執行一個block 里的一個warp，但是SM 不見得會一次就把這個warp 的所有指令都執行完；當遇到正在執行的warp 需要等待的時候（例如存取global memory 就會要等好一段時間），就切換到別的warp來繼續做運算，借此避免為了等待而浪費時間。所以理論上效率最好的狀況，就是在SM 中有夠多的warp 可以切換，讓在執行的時候，不會有「所有warp 都要等待」的情形發生；因為當所有的warp 都要等待時，就會變成SM 無事可做的狀況了。

實際上，warp 也是CUDA 中，每一個SM 執行的最小單位；如果GPU 有16 組SM 的話，也就代表他真正在執行的thread 數目會是32*16 個。不過由于CUDA 是要透過warp 的切換來隱藏thread 的延遲、等待，來達到大量平行化的目的，所以會用所謂的active thread 這個名詞來代表一個SM 里同時可以處理的thread 數目。而在block 的方面，一個SM 可以同時處理多個thread block，當其中有block 的所有thread 都處理完后，他就會再去找其他還沒處理的block 來處理。假設有16 個SM、64 個block、每個SM 可以同時處理三個block 的話，那一開始執行時，device 就會同時處理48 個block；而剩下的16 個block 則會等SM 有處理完block 后，再進到SM 中處理，直到所有block 都處理結束

總結

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