一文搞懂什么是GPU、什么是CUDA（通俗易懂版）

南方碟道 2024-07-11 20:25:02

身处AI时代的我们，想必都听过”GPU“、英伟达。但是真正了解GPU的人，可能并不多。本文，通过与chatGLM一系列对话，对GPU相关问题,刨根问底，得到了答案。让我们一起来看看吧…

记得本人刚入行，做私有化交付型的一些AI产品和项目的时候，一些AI算法模型，我们会同时给出CPU版本性能参数和GPU性能参数，有些AI算法服务需要客户自行准备GPU机器，用于算法前期POC测试和运行。印象最深刻的就是：几乎所有涉及到图像处理、CV领域的算法，比如车辆检测、物体检测、人脸识别等都需要GPU机器。当时，我就是那么去“记”的，也没怎么耽误推进产品和项目进度，所以也没深究到底什么是GPU？、什么是CUDA？

恰逢本人今年4月份，在面试某公司大模型产品经理岗位时（偏技术型），被问到了 “什么是CUDA？”——所以趁有时间，分享一下~

当前AIGC的时代浪潮已经掀过一翻，目前遗留的最大问题就是：【算力短缺问题】。所以，未来大力发展“算力”，是大势所趋。我们AI的从业者们，也可再往深入探究一些，为行业的共同发展和认知普及，做一些贡献。——这也是本篇本章产出的另一原因。

一、GPU是啥？干嘛用的？非它不可吗？

众所周知，在【电脑】里，有个充当”脑子“的东西，叫做：CPU（中央处理单元），它能够进行各种计算任务，包括图像处理和数据分析。

好，那直接用CPU进行各种运算不就得了，为啥做深度学习、搞AI模型的这帮团队，非得用GPU？

—————一个字：快！七个字：并行计算，所以快！

好，那下面再深究一下：

为何GPU就能并行计算了？
GPU怎么个并行计算法？
GPU的发明，是为了解决什么问题的？

1. GPU的设计初衷——为了加速图形计算和图形渲染

背景：在20世纪90年代，计算机游戏和多媒体内容的兴起，对于能够快速生成复杂3D图形的硬件需求日益增长，而那时的CPU只能顺序执行指令。

2. 为什么图像图形计算，就非得需要“并行运算“提效呢？

并行计算提效的原因：一个工人一个点一个点喷涂 v.s. 一堆工人同时喷涂。

图形计算与渲染需要计算每个像素点的亮度、颜色等数值，如果一个点一个点顺序执行，那太慢，而并行运算就快很多啦。——GPU 有多个核。

下面这张图更直接：

3. 为何AI训练、AI推理等深度学习任务，也需要高性能运算？为何选GPU？

在AI推理中，有很多重复性的计算，比如大量的加减乘除运算。

在AI深度学习任务中，建模的目标就是：求解目标函数。——而目标函数求解，需要求解出每个特征对应的参数。——比如现在的AI大模型，动不动10亿级别、百亿级别参数量级。

图：目标函数示例

所以，需要提高训练和在线推理性能的东西。——那有个现成的东西：GPU。可以拿来即用。

GPU的应用场景，也由最初的”加速图形渲染“，演变到了现在的”通用计算“场景。

二、什么是CUDA？

好了，了解了前面GPU是什么、GPU的设计初衷、GPU能干嘛？（加速图形计算–通用高性能计算：AI训练&AI推理）；

下面再了解一下，什么是CUDA吧？

——CUDA，是在英伟达Ian Buck（CUDA项目负责人）率领下，于2006年正式推出的全球首款GPU上的通用计算解决方案。可以理解为，它是一个软件平台，里面包含各种库函数，包括：图形库、数学库、深度学习库、runtime库等；个人理解，CUDA它就是实现AI深度学习任务的一个软件平台或框架，类似的还有Pytorch、Tensorflow。