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GPU共享内存技术解析.docx
资料介绍
一、什么是GPU共享内存
GPU共享内存是GPU存储层次结构中位于寄存器和全局内存之间的高速片上存储单元，属于可编程控制的高速缓存，也被称为片上共享内存。和GPU硬件自动管理的一级缓存不同，共享内存可以由程序员通过编程显式控制分配与访问，因此能更精准地适配不同计算任务的访存需求，在并行计算中起到关键的性能加速作用。
从硬件架构层面来看，GPU采用流式多处理器（SM）为核心计算单元，每个SM都会配备一块独立的固定大小的共享内存，供该SM内所有并行执行的线程块（Thread Block）共同使用。同一线程块内的不同线程可以通过共享内存交换数据，无需经过速度更慢的全局内存，从而大幅降低访存延迟，提升整体计算吞吐量。
二、GPU共享内存的技术特性
存储层次中的定位
GPU存储系统从快到慢依次为：寄存器 > 共享内存/L1缓存 > L2缓存 > 全局显存 > 主机端内存，共享内存的访问延迟通常仅为全局显存的1/100到1/10，带宽比全局显存高一个数量级以上，是SM内部的核心高速数据交换节点。
空间划分特性
每个SM的共享内存是独立划分的，不同SM之间的共享内存无法直接访问，同一个GPU卡上的多个SM的共享内存总容量为单SM共享内存容量乘以SM数量。以NVIDIA Ampere架构的A100 GPU为例，每个SM配备48KB的共享内存，总计108个SM，整卡共享内存总容量约为5.06MB。部分架构支持共享内存和L1缓存容量的动态划分，用户可以根据任务需求分配更多空间给共享内存或是L1缓存。
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