Multi-Core Programming with CUDA and OpenCL

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出版者:Course Technology PTR
作者:Jonathan S. Harbour
出品人:
页数:304
译者:
出版时间:2011-12-15
价格:USD 49.99
装帧:Hardcover
isbn号码:9781435458550
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机科学
  • 编程
  • 并行
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具体描述

好的,这是一份基于“没有包含”您提到的那本书内容的详细图书简介: --- 图书名称: 现代计算架构与高性能并行编程实践 ISBN/EAN: (此处留空或填写一个虚构编号) 页数: 约 650 页 开本: 16开 版次: 第一版 --- 简介:驾驭异构时代的计算潜能 在当今的数字时代,数据处理的需求正以惊人的速度增长。从复杂的科学模拟到实时的机器学习推理,传统的串行计算范式已无法满足对速度和效率的苛刻要求。《现代计算架构与高性能并行编程实践》 旨在为读者提供一个全面、深入的视角,探讨如何理解、设计和实现面向异构计算平台的高性能软件。 本书并非专注于单一的并行编程模型或特定的硬件供应商技术,而是采取一种更宏观、更具普适性的方法。我们深入剖析了现代计算硬件的底层结构,重点关注CPU、多核处理器、片上系统(SoC)以及新兴的向量处理单元如何协同工作,共同构建起高性能计算(HPC)的基础。 第一部分:并行计算的基石与架构透视 本书的开篇部分将为读者打下坚实的理论基础。我们详细阐述了并行计算的本质、性能瓶颈的识别,以及如何从算法层面分解任务以适应并行执行。 章节聚焦: 现代处理器设计原理: 深入剖析指令级并行(ILP)、数据级并行(DLP)和任务级并行(TLP)。解释了缓存层次结构、内存访问模式对性能的关键影响,以及分支预测和乱序执行对优化策略的约束。 并行性度量与分析: 介绍 Amdahl 定律和 Gustafson 定律的现代应用,并引入更先进的性能分析指标,如工作量、深度和并行效率,帮助读者量化并行程序的潜力。 内存一致性与同步机制: 详述现代多核系统中,内存模型(如顺序一致性、释放一致性)如何影响编程的正确性。探讨了原子操作、屏障(Barriers)和锁机制在构建线程安全代码中的作用与代价。 第二部分:多线程编程的精细化控制 本部分将聚焦于基于共享内存模型的并行编程,特别是使用标准化的、跨平台的线程库进行高效编程。我们将探讨如何有效地管理线程生命周期和资源竞争。 章节聚焦: 线程池管理与任务调度: 介绍构建高效、动态线程池的设计模式,如何根据工作负载动态调整线程数量,避免过度订阅或资源浪费。 细粒度同步与无锁数据结构: 深入探讨使用复杂的同步原语(如读写锁、信号量)和实现无锁(Lock-free)或无等待(Wait-free)数据结构的技术。通过具体的 C++ 案例,展示如何最小化锁的持有时间,提高系统的并发吞吐量。 并行算法设计模式: 涵盖了归约(Reduction)、前缀和(Prefix Sum)、并行搜索和排序等核心并行算法,并分析不同硬件拓扑下实现这些算法的最佳实践。 第三部分:面向分布式与异构系统的编程范式 随着计算规模的扩展,将工作负载分散到多个节点或不同类型的处理器上成为常态。本部分将介绍实现大规模并行和异构加速的通用方法论。 章节聚焦: 分布式内存编程基础: 介绍消息传递接口(MPI)的核心概念,包括点对点通信、集体通信操作的设计与优化。重点讨论通信开销管理和负载均衡策略。 统一内存模型探讨: 分析现代系统中,如何处理 CPU 和加速器之间的数据传输问题。探讨零拷贝(Zero-Copy)技术和数据预取策略,以减少数据搬运导致的延迟。 任务图与数据流编程: 介绍如何使用更高抽象层次的编程模型,将复杂的计算表示为有向无环图(DAG)。这种方法强调任务依赖而非严格的线程同步,更易于编译器和运行时系统进行全局优化。 第四部分:性能分析、调试与优化策略 优秀的并行代码不仅需要正确,更需要快速。本部分专注于提供一套系统化的工具和方法论,用于诊断性能瓶颈和验证并行代码的正确性。 章节聚焦: 性能度量工具箱: 详细介绍如何使用专业的性能分析器(Profiling Tools)来收集和解释性能计数器数据。重点讲解如何识别缓存未命中率、指令周期浪费和内存延迟的根本原因。 并行调试技巧: 讨论在多线程环境中,如何有效调试死锁、竞态条件和内存泄漏等复杂错误。介绍使用特定工具进行时序重放和隔离问题的技术。 面向架构的优化实践: 讲解如何根据目标架构的特性(例如 SIMD 宽度、内存带宽限制)来重构代码,实现指令级和数据级的深度优化,将理论转化为实际的加速比提升。 目标读者 本书面向具备扎实的 C/C++ 基础,并希望深入理解现代高性能计算原理的软件工程师、系统架构师、研究人员和高级计算机科学专业的学生。无论您是构建大规模服务器应用、嵌入式系统,还是从事计算密集型科学建模工作,本书都将为您提供一套独立于特定供应商的、面向未来的并行编程知识体系。 通过学习本书,读者将能够超越简单的并行调用,真正理解并行计算的深层原理,从而设计出更健壮、更具可扩展性和更高效率的软件系统。

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读后感

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用户评价

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长期以来,我在高性能计算领域的研究一直受限于单核处理器的瓶颈,对于如何充分利用GPU和多核CPU的并行能力,我感到非常困惑。这本书的出现,可以说彻底改变了我的研究困境。《Multi-Core Programming with CUDA and OpenCL》以一种非常系统和全面的方式,为我打开了通往并行计算世界的大门。作者在叙述CUDA时,逻辑清晰,深入浅出,从最基础的硬件架构原理,到复杂的编程模型,再到实际的性能优化技巧,都进行了详尽的阐述。我印象最深刻的是关于内存层次结构和数据访问模式的讨论。书中清晰地解释了全局内存、共享内存、常量内存和寄存器各自的特点、性能差异以及最佳使用场景,并结合具体的代码示例,演示了如何通过优化数据布局和访问模式来显著提升GPU的计算效率。这些知识点对于我理解为什么某些CUDA程序运行缓慢,以及如何进行有针对性的优化,至关重要。当他切换到OpenCL时,同样展现了其深厚的功力。他详细介绍了OpenCL的平台模型、设备模型、执行模型以及API接口,并特别强调了OpenCL的跨平台特性,以及如何编写能够适应不同硬件架构的通用并行代码。书中对OpenCL与CUDA的细致对比,帮助我更清晰地认识到两者的异同,以及在不同应用场景下的优劣势。我尤为欣赏的是,书中提供的所有代码示例,都经过了作者反复的推敲和优化,它们不仅仅是功能的实现,更重要的是,它们都蕴含着作者在实践中积累的宝贵经验,是学习并行编程的绝佳范例。

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在我看来,这本书不仅仅是一本关于CUDA和OpenCL的技术手册,更是一位经验丰富的并行计算专家的悉心指导。作者以一种非常独特且引人入胜的方式,将复杂的并行计算概念变得易于理解。他没有直接抛出晦涩的技术术语,而是先从并行计算的本质出发,让我们理解多核处理器的优势,以及为什么我们需要学习CUDA和OpenCL。在CUDA的部分,他深入讲解了GPU的硬件架构,并巧妙地将这些硬件特性与CUDA的编程模型联系起来。我尤其欣赏他对内存管理部分的详尽阐述,例如全局内存、共享内存、常量内存和寄存器之间的性能差异,以及如何通过优化数据布局来减少内存延迟。书中通过具体的代码示例,展示了如何有效地利用共享内存来加速计算,让我对GPU的并行处理能力有了全新的认识。当他转向OpenCL时,同样展现了他卓越的教学能力。他详细介绍了OpenCL的平台模型、设备模型、执行模型,以及如何编写可移植的并行代码。书中对OpenCL的API进行了系统的介绍,并提供了如何与不同硬件平台进行交互的指导。我最喜欢的是书中对OpenCL与CUDA的详细对比分析,这帮助我更清晰地认识到两者的优势和劣势,并为我选择适合的并行计算框架提供了宝贵的参考。书中提供的所有代码示例,都经过了作者的反复推敲和优化,它们不仅仅是功能的实现,更重要的是,它们都蕴含着作者在实践中积累的宝贵经验,是学习并行编程的绝佳范例。

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坦白说,当我翻开这本书时,我的期望值并不高。毕竟,关于CUDA和OpenCL的资料浩如烟海,想要找到一本既权威又不失可读性的书并非易事。然而,这本书的开篇就给了我一个大大的惊喜。作者以一种非常亲切且富有洞察力的方式,阐述了并行计算的必要性,以及多核处理器带来的机遇和挑战。他没有直接抛出技术细节,而是先建立了一个坚实的理论基础,让读者理解“为什么”需要并行编程,以及“为什么”CUDA和OpenCL是解决这些问题的有力工具。这种由浅入深的叙事风格,对于像我这样非计算机体系结构专业背景的读者来说,无疑是极大的福音。在CUDA的部分,作者的讲解逻辑非常严谨,他不仅介绍了显卡硬件的基本工作原理,还详细解释了CUDA编程模型中的各个组件,如线程、块、网格、内核函数等。我尤其赞赏他对共享内存和全局内存的区分与优化策略的阐述,这对于理解和提升CUDA程序的性能至关重要。他用图文并茂的方式,清晰地展示了数据在不同内存区域间的流动,以及如何通过合理的设计来最小化内存访问延迟。而当他转向OpenCL时,那种严谨的学术态度并没有改变,但更强调了其跨平台的能力。他详细介绍了OpenCL的运行模型、API接口以及与CUDA的不同之处,为我提供了一个审慎选择并行计算框架的依据。书中的示例代码,无论是CUDA还是OpenCL,都设计得非常巧妙,涵盖了从基础的向量加法到更复杂的图像处理算法。这些代码不仅能运行,更重要的是,它们都包含了作者对性能优化的深刻理解,让我受益匪浅。

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这本《Multi-Core Programming with CUDA and OpenCL》简直就是我的个人技术教练,它在我学习并行计算的道路上扮演了至关重要的角色。我之前一直觉得自己对多核编程有点“盲人摸象”的感觉,知道大概是个回事,但具体如何下手,如何写出高效的代码,总是不得其法。这本书的出现,就像一盏明灯,照亮了我前进的方向。它没有像一些教科书那样,干巴巴地列出API,而是非常有策略地将理论知识与实践应用有机结合。在介绍CUDA时,作者不仅仅停留在硬件层面,而是深入到CUDA的编程模型,比如线程的组织、内存层级结构,以及如何有效地利用这些特性来优化计算。我特别喜欢书中关于“线程束”的概念讲解,它让我终于理解了为什么CUDA在执行时会有特定的同步和调度机制。而关于共享内存的使用,书中给出了很多非常实用的技巧,比如如何避免bank conflict,以及如何组织数据来最大化共享内存的利用率,这些都是我在其他地方很少看到的。转向OpenCL时,这本书的优势更加凸显。它并没有因为OpenCL的跨平台特性而牺牲深度,而是同样详尽地介绍了OpenCL的平台模型、设备模型、上下文、命令队列等核心概念,并且重点强调了如何编写可移植的代码。书中对OpenCL与CUDA的对比分析,非常到位,帮助我理解了在选择哪种技术栈时需要考虑的因素。更让我惊喜的是,书中提供的所有示例代码,都经过了精心的设计和优化,它们不仅展示了如何实现特定的并行算法,更重要的是,它们都体现了作者丰富的实践经验,让我在学习的过程中,能够直接接触到“高手”的代码风格和思维方式。

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我一直对如何利用GPU的强大计算能力来加速我的研究项目感到着迷,但苦于缺乏系统的指导。这本书《Multi-Core Programming with CUDA and OpenCL》的出现,恰好解决了我的燃眉之急。作者以一种非常清晰且富有逻辑性的方式,带领我逐步深入到并行计算的世界。在CUDA的部分,他从GPU的硬件架构入手,详细讲解了线程、线程块、网格的概念,以及它们是如何映射到GPU硬件上的。我尤其赞赏他对内存层次结构的深入剖析,尤其是共享内存的讲解,书中通过图示和代码示例,生动地展示了如何通过优化共享内存的使用来显著提升程序的性能,例如如何避免bank conflict。这些知识点对于我理解CUDA程序的性能瓶颈,以及如何进行有针对性的优化,至关重要。当他转向OpenCL时,同样展现了他卓越的教学能力。他详细介绍了OpenCL的平台模型、设备模型、执行模型,以及如何编写可移植的并行代码。书中对OpenCL的API进行了系统的梳理,并提供了如何与不同硬件平台进行交互的指导。我最喜欢的是书中对OpenCL与CUDA的详细对比分析,这帮助我更清晰地认识到两者的优势和劣势,并为我选择适合的并行计算框架提供了宝贵的参考。书中提供的所有代码示例,都经过了作者的精心设计和优化,它们不仅展示了如何实现特定的并行算法,更重要的是,它们都蕴含着作者在实践中积累的宝贵经验,是学习并行编程的绝佳范例。

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长期以来,我一直对并行计算领域的前沿技术充满好奇,尤其是如何充分利用现代多核处理器和GPU的强大算力。然而,市面上关于CUDA和OpenCL的书籍,要么过于理论化,要么过于浅显,很难找到一本既能深入讲解底层原理,又能提供丰富实践指导的著作。《Multi-Core Programming with CUDA and OpenCL》的出现,正好填补了这一市场空白。作者在讲解CUDA时,并没有直接跳入代码,而是首先构建了一个坚实的理论基础,让我们理解GPU的硬件架构,以及CUDA编程模型是如何与之映射的。他对于线程、块、网格的组织方式,以及内存层次结构(全局内存、共享内存、寄存器)的详解,让我对CUDA的性能瓶颈有了更深刻的认识。我特别欣赏他关于如何利用共享内存来加速计算的章节,书中通过几个精心设计的例子,展示了如何通过优化数据布局和访问模式来减少全局内存的访问次数,从而显著提升程序的执行速度。当他转向OpenCL时,同样展现了他深厚的功力。他详细介绍了OpenCL的平台模型、设备模型、执行模型,以及如何编写可移植的并行代码。书中对OpenCL的API进行了系统的梳理,并提供了如何与不同厂商的硬件进行交互的指导。我尤其喜欢书中对OpenCL和CUDA的比较分析,这帮助我更清晰地理解了两种技术的优劣势,以及在不同应用场景下的选择依据。书中提供的所有示例代码,都非常有代表性,并且都包含了作者在实践中总结出的性能调优技巧,让我受益匪浅。

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我是一名正在攻读博士学位的学生,研究方向涉及大规模科学计算,一直以来,我都面临着计算性能的瓶颈问题。对于如何将我的算法迁移到GPU上,或者利用多核CPU进行并行化处理,我一直感到力不从心。《Multi-Core Programming with CUDA and OpenCL》这本书,无疑是我近年来阅读过的最重要的一本技术书籍。作者在处理CUDA部分时,展现了非凡的洞察力。他并没有止步于API的罗列,而是深入剖析了CUDA的底层架构,例如线程束(warp)的调度机制,以及线程块(thread block)之间的同步方式。我尤其惊叹于他对共享内存(shared memory)的讲解,书中通过生动的图示和详细的代码示例,清晰地阐述了共享内存的优势,以及如何通过精心设计的数据访问模式来最大化其吞吐量,例如如何避免bank conflict。这些知识点对我优化我现有的算法至关重要。当他转向OpenCL时,同样表现出色。他详细介绍了OpenCL的平台模型、设备模型,以及如何管理命令队列和事件。书中对OpenCL的跨平台特性给予了充分的肯定,并提供了如何编写可移植的并行代码的指导。他对于OpenCL与CUDA在设计理念和应用场景上的对比分析,也让我受益匪浅。更让我赞叹的是,书中提供的每一个代码示例,无论是CUDA还是OpenCL,都精心设计,并且都包含了作者在实际应用中提炼出来的性能优化技巧。这些代码不仅仅是功能的实现,更是学习并行编程思想的绝佳教材。

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坦白说,作为一名在并行计算领域摸索多年的开发者,我阅览过不少关于CUDA和OpenCL的书籍,但真正能让我眼前一亮的,却是这本《Multi-Core Programming with CUDA and OpenCL》。作者在叙述CUDA时,并非简单地堆砌API,而是从更深层次的硬件架构和编程模型入手,让我们理解“为什么”要那样编写代码,以及“为什么”某种做法会带来性能提升。他对于线程束(warp)的调度机制,以及线程块(thread block)之间的同步机制的讲解,让我对CUDA的底层运行机制有了更透彻的理解。我印象特别深刻的是关于共享内存(shared memory)的优化章节,书中通过几个精心设计的案例,展示了如何通过优化数据布局和访问模式来最大化共享内存的吞吐量,这些技巧对于我提升现有CUDA程序的性能大有裨益。而当他转向OpenCL时,同样展现了他严谨的学术态度和丰富的实践经验。他详细介绍了OpenCL的平台模型、设备模型,以及如何编写可移植的并行代码。书中对OpenCL的API进行了系统的梳理,并提供了如何与不同硬件平台进行交互的指导。我尤其欣赏书中对OpenCL和CUDA的详细对比分析,这帮助我更清晰地认识到两者的优势和劣势,并为我选择适合的并行计算框架提供了宝贵的参考。书中提供的所有代码示例,都经过了作者的精心设计和优化,它们不仅仅是功能的实现,更重要的是,它们都蕴含着作者在实践中积累的宝贵经验,是学习并行编程的绝佳范例。

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作为一名对高性能计算抱有浓厚兴趣的软件工程师,我一直在寻找一本能够系统性地介绍CUDA和OpenCL,并且能够指导我如何编写高效并行代码的书籍。这本书的出现,无疑是一场及时雨。作者以一种非常清晰且循序渐进的方式,引导读者进入并行计算的殿堂。在CUDA部分,他对GPU的硬件架构进行了深入的剖析,让我理解了线程束(warp)的概念,以及线程块(thread block)的同步机制。他对于内存层次结构的讲解,尤其是共享内存(shared memory)的使用,更是让我豁然开朗。书中通过具体的代码示例,演示了如何通过合理地组织数据,以及利用共享内存来最小化内存延迟,从而极大地提升了程序的执行效率。我特别赞赏的是,书中不仅讲解了“如何做”,更解释了“为什么这么做”,让我对CUDA的性能优化有了更深入的理解。当他切换到OpenCL时,同样展现了他扎实的功力。他详细介绍了OpenCL的平台模型、设备模型、执行模型,以及如何编写可移植的并行代码。书中对OpenCL的API进行了详尽的阐述,并且通过实例展示了如何利用OpenCL来开发跨平台的并行应用程序。我最喜欢的是书中对OpenCL和CUDA的对比分析,这让我能够更全面地了解两种技术的特点,并在实际项目中做出更明智的选择。书中提供的所有代码示例,都经过了作者的精心打磨,并且包含了许多实用的性能调优技巧,让我能够快速上手,并将学到的知识应用到我的项目中。

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这本书的出现,简直是为我这个苦苦挣扎于并行计算前沿的研究生量身定做的。一直以来,我对于如何充分利用多核处理器,尤其是NVIDIA的CUDA架构以及跨平台的OpenCL标准,感到一种深深的无力感。尽管我阅读了大量的官方文档和零散的博客文章,但总感觉缺乏一个系统性的、循序渐进的指导。这本书,恰恰填补了这一空白。它不仅仅是简单地罗列API函数,而是从并行计算的基本概念讲起,深入浅出地剖析了多核架构的优势和挑战,然后逐步引导读者进入CUDA和OpenCL的世界。作者在介绍CUDA时,那种将复杂的硬件特性(如线程束、共享内存、寄存器)与编程模型紧密结合的讲解方式,让我茅塞顿开,之前那些晦涩难懂的概念瞬间变得清晰起来。尤其是关于内存管理和数据传输的部分,这是并行编程中最容易出错的地方,书中提供的各种优化技巧和最佳实践,让我少走了很多弯路。而对于OpenCL,它所展现出的跨平台特性和灵活性,更是让我看到了将我的研究成果部署到更广泛硬件环境的可能性。书中对OpenCL的讲解,同样扎实,从内核编写、平台模型到设备管理,都进行了详尽的阐述,并且与CUDA进行了恰当的比较,帮助我理解两者在不同场景下的适用性。我特别欣赏的是,书中并没有停留在理论层面,而是通过大量的实例代码,将抽象的概念具象化。这些代码不仅仅是功能性的,更包含了作者在实践中积累的宝贵经验,例如如何避免数据竞争、如何提高计算效率、如何进行性能调优等。我迫不及待地想将书中的例子应用到我的项目中,相信它们能极大地提升我的研究效率。

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