【GPU 算子工程】全景:算子工程在 AI 计算栈的位置
从框架一行 matmul 到 PTX/SASS,拆开 AI 计算栈的分层:框架算子、算子库、手写 kernel、编译器生成。回答工程师什么时候才需要自己写或调 kernel,以及本系列的实验环境与方法。
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从框架一行 matmul 到 PTX/SASS,拆开 AI 计算栈的分层:框架算子、算子库、手写 kernel、编译器生成。回答工程师什么时候才需要自己写或调 kernel,以及本系列的实验环境与方法。
讲清 grid/block/warp 如何映射到 SM,SIMT 执行与 32 线程 warp 的本质,分支发散为何昂贵(实测 1.7 倍),以及 occupancy 的含义。建立一切 GPU 性能优化的硬件直觉。
从 GPU 执行模型与内存层次出发,系统讲解如何写出并调优高性能 CUDA 算子:访存合并、occupancy、Roofline、Nsight 调优,reduction/GEMM/Tensor Core/FlashAttention 核心算子实现,以及 Triton、CUTLASS、kernel fusion 与算子库工程。
拆开 GPU 的存储金字塔:寄存器、shared memory、L1/L2、global memory 的容量、带宽与延迟量级。用实测展示 L2 命中(约 3.4 TB/s)与 DRAM(约 400 GB/s)相差近一个数量级,解释为什么数据放哪决定算子性能。
从 CPU 与 GPU 的架构差异出发,讲清楚 SM、Warp、Tensor Core、HBM、NVLink 的工程含义,并结合 Roofline、FlashAttention 与国产算力栈,给出大模型工程师能直接上手的 GPU 心智模型。
解析 MLIR 的 GPU 代码生成框架:GPU 方言的层次化并行模型(Block/Thread/Memory)、gpu.launch 的语义、SPIR-V 出口路径、内存层次抽象与 tiling 策略,以及与 Triton、IREE 的协作关系。
从三阶段编译器局限出发,系统讲解 MLIR 方言、渐进降阶与 Pass 基础设施,覆盖 Tensor/Linalg/Affine/GPU 到框架桥接的完整编译链。
FlashAttention 的关键不是近似注意力,也不是把公式改掉,而是重新安排标准 attention 在 GPU 内存层级里的计算路径。本文解释为什么标准 attention 的瓶颈常常是 HBM 读写,FlashAttention 如何用 tiling 和 online softmax 避免物化完整注意力矩阵,以及它为什么省显存、提吞吐,却没有消除 O(n²) 的根本复杂度。
当单核性能到达瓶颈,排序如何利用多核 CPU 和 GPU 的并行能力?从排序网络的理论优雅到工业级并行排序的工程妥协。