GPU系统级软硬件协同设计入门

📘 30章 · 从架构到实战

01 GPU概述

GPU发展简史 GPU vs CPU AI核心地位

02 GPU架构基础

流处理器SM/CU 线程束Warp 内存层次结构

03 CUDA编程模型入门

CUDA平台概述主机与设备核函数Kernel

04 软硬件协同设计概念

什么是协同设计为什么需要协同传统设计痛点

05 系统级建模 (SLM)

SystemC/TLM-2.0 事务级建模虚拟原型构建

06 GPU指令集架构 (ISA)

PTX指令集 SASS指令集指令调度基础

07 内存子系统设计

全局内存共享内存寄存器/缓存一致性

08 线程调度与资源管理

线程块调度 Occupancy计算资源分配策略

09 流水线设计

指令流水线内存流水线冒险与解决

10 片上互联网络 (NoC)

GPU内部拓扑路由算法流量控制

11 功耗与热管理

动态/静态功耗 DVFS技术热节流策略

12 硬件加速器设计

Tensor Core原理 Ray Tracing Core 专用加速单元

13 编译器与工具链

NVCC编译器 PTX生成优化/汇编调试

14 性能分析工具

NVIDIA Nsight nvprof 性能计数器/瓶颈

15 RTL设计与验证

Verilog/VHDL基础仿真环境搭建波形调试

16 高层次综合 (HLS)

Vivado HLS流程 C/C++ → RTL 优化指令

17 FPGA原型验证

GPU子模块FPGA 时钟域交叉调试接口

18 硬件-软件接口设计

驱动层设计系统调用 MMIO与DMA

19 内存管理单元 (MMU)

页表设计 TLB优化地址翻译加速

20 中断与异常处理

GPU中断机制异常分类恢复流程

21 多GPU系统设计

NVLink互联 GPU Direct 一致性协议

22 虚拟化与分区

GPU虚拟化技术 SR-IOV 多租户调度

23 安全与隔离

可信执行环境内存隔离侧信道防护

24 调试与验证方法论

形式化验证仿真加速覆盖率驱动验证

25 性能建模与预估

Roofline模型性能方程瓶颈分析

26 设计空间探索

参数扫描 Pareto优化自动化设计工具

27 AI加速器对比

GPU vs TPU vs NPU 架构差异适用场景

28 前沿趋势

Chiplet技术存算一体/光互连量子计算与GPU

29 开源GPU项目

Vortex GPU MIAOW / Nyuzi 学习与实践

30 综合项目实战

从规格到原型设计微型GPU核完整流程