CUDA学习笔记08：深入理解CUDA的Warp

谁践踏了优雅 2022-06-07 00:49 265阅读 0赞

逻辑上，所有thread是并行的，但是，从硬件的角度来说，实际上并不是所有的thread能够在同一时刻执行，接下来我们将解释有关warp的一些本质。

**warp是有硬件决定，目前一个warp内有32个thread，每一个thread交给一个core去执行，用一个block的warp是并行，乱序执行。**

warp是SM的基本执行单元。一个warp包含32个并行thread，这32个thread执行于SMIT模式。也就是说所有thread执行同一条指令，并且每个thread会使用各自的data执行该指令。

block可以是一维二维或者三维的，但是，从硬件角度看，所有的thread都被组织成一维，每个thread都有个唯一的ID(ID的计算可以在之前的博文查看)。  
每个block的warp数量可以由下面的公式计算获得：  
![这里写图片描述][SouthEast]

一个warp中的线程必然在同一个block中，如果block所含线程数目不是warp大小的整数倍，那么多出的那些thread所在的warp中，会剩余一些inactive的thread，也就是说，即使凑不够warp整数倍的thread，硬件也会为warp凑足，只不过那些thread是inactive状态，需要注意的是，即使这部分thread是**inactive**的，也会消耗SM资源。

**Warp Divergence**  
控制流语句普遍存在于各种编程语言中，GPU支持传统的，C-style，显式控制流结构，例如if…else,for,while等等。

CPU有复杂的硬件设计可以很好的做分支预测，即预测应用程序会走哪个path。如果预测正确，那么CPU只会有很小的消耗。和CPU对比来说，GPU就没那么复杂的分支预测了（CPU和GPU这方面的差异的原因不是我们关心的，了解就好，我们关心的是由这差异引起的问题）。

这样我们的问题就来了，因为所有同一个warp中的thread必须执行相同的指令，那么如果这些线程在遇到控制流语句时，如果进入不同的分支，那么同一时刻除了正在执行的分之外，其余分支都被阻塞了，十分影响性能。这类问题就是warp divergence。

![这里写图片描述][SouthEast 1]

请注意，warp divergence问题只会发生在同一个warp中。

解决方法：  
1. 通过查找表去掉分支  
2. 通过计算去掉分支，例如：上述代码可以转换为：var = 3\*(var+1+(var>0))

因此，我们在编程的时候要尽量是warp块完美对齐，也就是说一个warp里都满足条件或者都不满足条件，如果实在无法对齐，也就是说产生分支的时候，可以用上述的方法解决分支问题。

在数据量足够大的情况，分化现象很严重的时候对性能造成的影响是巨大的，至少30%，这个我做过实验验证过

参考链接：[ cuda warp][cuda warp]

[SouthEast]: /images/20220607/ea22e09a02f44e7c88051d8a673766ae.png
[SouthEast 1]: /images/20220607/52441e344ab44161bb5cb8e24b6ca369.png
[cuda warp]: http://blog.csdn.net/yu132563/article/details/52658088