关于 GPU CUDA CUDNN

一、GPU是什么？

深度学习依赖显卡加速，在此语境下，显卡简单理解成GPU，尤其指NVIDIA公司生产的GPU系列，因为后面介绍的cuda, cudnn都是NVIDIA公司针对自身的GPU独家设计的。GPU架构指的是硬件的设计方式，例如流处理器簇中有多少个core、是否有L1 or L2缓存、是否有双精度计算单元等等。芯片就是对上述GPU架构思想的实现，有时候一张显卡里面可能有多张芯片。而显卡系列在本质上并没有什么区别，只是NVIDIA希望区分成三种选择，GeFore用于家庭娱乐，Quadro用于工作站，而Tesla系列用于服务器。Tesla的k型号卡为了高性能科学计算而设计，比较突出的优点是双精度浮点运算能力高并且支持ECC内存，但是双精度能力在深度学习训练上作用不大，所以Tesla系列又推出了M型号来做专门的训练深度学习网络的显卡。需要注意的是Tesla系列没有显示输出接口，它专注于数据计算而不是图形显示。

二、CUDA是什么？

CUDA(ComputeUnified Device Architecture)，是显卡厂商NVIDIA推出的运算平台。 CUDA是一种由NVIDIA推出的通用并行计算架构，该架构使GPU能够解决复杂的计算问题。按照官方的说法是，CUDA是一个并行计算平台和编程模型，能够使得使用GPU进行通用计算变得简单和优雅。

三、CUDATOOLKIT是什么？

CUDA Toolkit由以下组件组成：

• Compiler: CUDA-C和CUDA-C++编译器NVCC位于bin/目录中。它建立在NVVM优化器之上，而NVVM优化器本身构建在LLVM编译器基础结构之上。希望开发人员可以使用nvm/目录下的Compiler SDK来直接针对NVVM进行开发。
• Tools: 提供一些像profiler,debuggers等工具，这些工具可以从bin/目录中获取
• Libraries: 下面列出的部分科学库和实用程序库可以在lib/目录中使用(Windows上的DLL位于bin/中)，它们的接口在include/目录中可获取。

      cudart: CUDA Runtime
      cudadevrt: CUDA device runtime
      cupti: CUDA profiling tools interface
      nvml: NVIDIA management library
      nvrtc: CUDA runtime compilation
      cublas: BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms，基础线性代数程序集)
      cublas_device: BLAS kernel interface
  
      ...
  

• CUDA Samples: 演示如何使用各种CUDA和library API的代码示例。可在Linux和Mac上的samples/目录中获得，Windows上的路径是C:\ProgramData\NVIDIA Corporation\CUDA Samples中。在Linux和Mac上，samples/目录是只读的，如果要对它们进行修改，则必须将这些示例复制到另一个位置。
• CUDA Driver: 运行CUDA应用程序需要系统至少有一个具有CUDA功能的GPU和与CUDA工具包兼容的驱动程序。每个版本的CUDA工具包都对应一个最低版本的CUDA Driver，也就是说如果你安装的CUDA Driver版本比官方推荐的还低，那么很可能会无法正常运行。CUDA Driver是向后兼容的，这意味着根据CUDA的特定版本编译的应用程序将继续在后续发布的Driver上也能继续工作。（然而最近的30系显卡只支持11以上的CUDA）通常为了方便，在安装CUDA Toolkit的时候会默认安装CUDA Driver。在开发阶段可以选择默认安装Driver，但是对于像Tesla GPU这样的商用情况时，建议在官方安装最新版本的Driver。

四、CUDNN是什么？

NVIDIA cuDNN是用于深度神经网络的GPU加速库。它强调性能、易用性和低内存开销。NVIDIA cuDNN可以集成到更高级别的机器学习框架中，如谷歌的Tensorflow、加州大学伯克利分校的流行caffe软件。简单的插入式设计可以让开发人员专注于设计和实现神经网络模型，而不是简单调整性能，同时还可以在GPU上实现高性能现代并行计算。
其实就是一个专门为深度学习计算设计的软件库，里面提供了很多专门的计算函数，如卷积等。还有很多其他的软件库和中间件，包括实现c++ STL的thrust、实现gpu版本blas的cublas、实现快速傅里叶变换的cuFFT、实现稀疏矩阵运算操作的cuSparse以及实现深度学习网络加速的cuDNN等等。

五、CUDA与CUDNN的关系

CUDA看作是一个工作台，上面配有很多工具。cuDNN是基于CUDA的深度学习GPU加速库，有了它才能在GPU上完成深度学习的计算。它就相当于工作的工具，比如它就是个扳手。但是CUDA这个工作台买来的时候，并没有送扳手。想要在CUDA上运行深度神经网络，就要安装cuDNN，就像你想要拧个螺帽就要把扳手买回来。这样才能使GPU进行深度神经网络的工作，工作速度相较CPU快很多。