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CUDA PTX示例：使用内联PTX汇编进行向量乘法

本示例演示了如何在CUDA程序中使用CUDA PTX（并行线程执行）内联汇编。PTX是NVIDIA的低级并行线程执行虚拟机和指令集架构（ISA）。

您可以在 https://github.com/eunomia-bpf/basic-cuda-tutorial 找到代码

什么是PTX？

PTX是一种中间汇编语言，为CUDA程序提供了稳定的编程模型和指令集。它有几个用途：

  1. 为并行计算提供机器无关的ISA
  2. 可以针对特定GPU架构手动调优代码
  3. 允许直接控制GPU指令
  4. 便于优化性能关键的代码部分

示例概述

basic02.cu中的示例展示了如何： 1. 在CUDA C++中编写内联PTX汇编 2. 使用PTX进行简单的算术运算（乘以2） 3. 将PTX代码与常规CUDA内核集成

代码解释

PTX内联汇编函数

__device__ int multiplyByTwo(int x) {
    int result;
    asm("mul.lo.s32 %0, %1, 2;" : "=r"(result) : "r"(x));
    return result;
}

此函数使用内联PTX汇编将数字乘以2。让我们分解PTX指令：

  • mul.lo.s32：32位有符号整数的乘法操作
  • %0：第一个输出操作数（result）
  • %1：第一个输入操作数（x）
  • 2：要乘的立即数
  • :：将指令与操作数映射分隔开
  • "=r"(result)：输出操作数映射
  • "r"(x)：输入操作数映射

CUDA内核

__global__ void vectorMultiplyByTwoPTX(int* input, int* output, int n) {
    int idx = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (idx < n) {
        output[idx] = multiplyByTwo(input[idx]);
    }
}

该内核并行地将我们的PTX函数应用于输入数组的每个元素。

常用PTX指令

以下是一些常用的PTX指令：

  1. 算术操作：
  2. add.s32：32位整数加法
  3. sub.s32：32位整数减法
  4. mul.lo.s32：32位整数乘法（低32位）

  5. div.s32：32位整数除法

  6. 内存操作：

  7. ld.global：从全局内存加载
  8. st.global：存储到全局内存
  9. ld.shared：从共享内存加载

  10. st.shared：存储到共享内存

  11. 控制流：

  12. bra：分支
  13. setp：设置谓词
  14. @p：谓词执行

构建和运行

编译示例： 

nvcc -o basic02 basic02.cu

运行： 

./basic02

性能考虑

  1. PTX内联汇编应谨慎使用，通常仅用于性能关键部分
  2. 现代CUDA编译器通常生成高度优化的代码，因此可能并不总是需要PTX
  3. PTX代码是特定于架构的，可能需要针对不同的GPU代进行调整

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