第1章
异构计算概述
什么是异构计算 · 为什么需要异构计算 · 发展历程与趋势 · 主流平台对比 (CPU/GPU/FPGA/ASIC)
概念对比
第2章
异构计算硬件架构基础
CPU/GPU架构 · FPGA可编程逻辑 · ASIC/TPU/NPU · 总线互联 PCIe/CXL/CCIX
硬件总线
第3章
异构计算软件栈总览
分层模型 (应用/框架/运行时/驱动) · 各层职责 · 开源与商业软件栈对比
软件栈架构
第4章
异构编程模型
SIMT/SIMD/MIMD · 数据并行与任务并行 · 主机-设备协同 · 异步执行与流
编程模型并行
第5章
CUDA编程入门
编程模型 · 线程层次 · 内存层次 · 核函数编写与调用
CUDA入门
第6章
CUDA进阶与优化
内存访问优化 · 共享内存与同步 · Bank Conflict · Occupancy · Nsight/Profiler
优化工具
第7章
OpenCL编程基础
平台/执行/内存模型 · 第一个OpenCL程序 · 与CUDA异同
OpenCL跨平台
第8章
SYCL与DPC++
SYCL标准 · DPC++编程模型 · 单源编程优势 · 与CUDA/OpenCL互操作
SYCLDPC++
第9章
FPGA开发基础
HLS原理 · Vivado/Intel HLS · 流水线与并行 · FPGA OpenCL编程
FPGAHLS
第10章
异构内存管理
统一内存模型 · 显式拷贝/DMA · 内存池 · 页迁移与数据局部性
内存DMA
第11章
任务调度与负载均衡
静态/动态调度 · 任务图 · 工作窃取 · 异构感知调度
调度负载均衡
第12章
异构计算框架
TensorFlow/PyTorch异构后端 · OpenCV CUDA加速 · ArrayFire/Thrust · RAPIDS
框架加速
第13章
通信与同步机制
点对点通信 · 集合通信 (AllReduce/AllGather) · 事件与同步 · 流与并发
通信同步
第14章
性能建模与评估
Roofline模型 · Amdahl/Gustafson定律 · 性能计数器 · 瓶颈分析
性能建模
第15章
功耗与能效优化
DVFS · 节能调度 · 绿色异构计算 · TDP与散热
功耗能效
第16章
异构计算中间件
OpenCL ICD · CUDA Driver API封装 · HIP抽象层 · 统一设备枚举
中间件抽象
第17章
设备发现与上下文管理
设备枚举与属性 · 上下文创建/销毁 · 命令队列 · 多设备协同
设备管理上下文
第18章
编译工具链与JIT
离线/在线编译 · PTX/SPIR-V · JIT优化 · 缓存与持久化
编译JIT
第19章
调试与验证技术
GPU调试器 (cuda-gdb/ROCgdb) · FPGA仿真 · cuda-memcheck · 确定性重放
调试验证
第20章
安全与隔离
多租户隔离 · vGPU/MIG · 安全内存加密 · 侧信道防护
安全隔离
第21章
容器化与云原生异构
Docker GPU · K8s设备插件 · Kata Containers · Serverless异构
容器云原生
第22章
边缘异构计算
Jetson/Intel NCS · 模型压缩量化 · TensorRT Lite/ONNX · 离线/在线推理
边缘推理
第23章
分布式异构计算
多节点GPU集群 · NVLink/NVSwitch · Horovod/DeepSpeed · 数据/模型并行
分布式并行
第24章
异构计算基准测试
Rodinia/Parboil/DeepBench · 自定义基准 · 可重复性 · 结果可视化
基准评测
第25章
领域特定加速
计算机视觉 · NLP · 科学计算 (分子动力学/CFD) · 数据库与数据分析
领域加速
第26章
异构计算操作系统支持
Linux DRM/IOMMU · Windows GPU调度 · RTOS · DMA-BUF
OS内核
第27章
FPGA动态重配置
部分重配置 · 重配置控制器 · 运行时功能切换 · SDR/网络处理
FPGA动态
第28章
Chiplet与先进封装
Chiplet架构 · Die-to-Die互联 (UCIe/BoW) · 异构集成 · 软件支持
Chiplet封装
第29章
未来趋势与前沿
存算一体 · 光计算/量子计算 · 神经形态 · AI驱动编译器
前沿趋势
第30章
综合项目实战
需求分析 · 硬件选型 · 核心模块 (调度/内存/通信) · 集成测试 · 文档撰写
实战项目