GPU结构与CUDA系列0背景知识：GFLOPS，带宽，延迟和吞吐量，乱序执行，上下文切换，指令集体系结构

Posted 2021-09-06 呆呆象呆呆

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了GPU结构与CUDA系列0背景知识：GFLOPS，带宽，延迟和吞吐量，乱序执行，上下文切换，指令集体系结构相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1 GFLOPS

Giga Floating-point Operations Per Second

即10亿次每秒的浮点运算数，常作为GPU性能参数，但不一定代表GPU的实际表现，因为还要考虑具体如何拆分多边形和像素以及纹理填充，理论上该数值越高越好。

1GFlops = 1,000MFlops。

2 Bandwidth 带宽

带宽应用的领域非常多，可以用来标识信号传输的数据传输能力、标识单位时间内通过链路的数据量、标识显示器的显示能力。

在模拟信号系统又叫频宽，是指在固定的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。
在数字设备中，带宽指单位时间能通过链路的数据量。通常以比特率（单位bit per second，bps）来表示，即每秒可传输之位数。

3 Latency 时延 & Throughput 吞吐量

3.1 Latency 时延

延迟，也译潜伏时间，它是指做出触发动作与得到响应之间的时间间隔。

Latency is a time delay between the moment something is initiated, and the moment one of its effects begins or becomes detectable.

For example, the time delay between a request for texture reading and texture data returns.

3.2 Throughput 吞吐量

一般指相当一段时间内测量出来的系统单位时间处理的任务数或事务数（TPS）。注意“相当一段时间”，不是几秒，而可能是十几分钟、半个小时、一天、几周甚至几月。它的单位一般是TPS、每单位时间写入磁盘的字节数等。

低延迟不一定意味着高吞吐量。

Throughput is the amount of work done in a given amount of time.

For example, how many triangles processed per second

3.3 关于延迟和吞吐量

根据延迟和吞吐量我们还可以计算并发度（Concurrency），公式如下：

$并发度 = 吞吐量 * 延迟$

比如一个任务的处理花费1ms，吞吐量为1000tps，那么并发度就等于1/1000*1000=1，可以得出任务处理线程模型是单线程模型。

又比如一个HDD磁盘的延迟为8ms，但吞吐量可以达到每秒钟写40MB，那么每次磁盘寻道可以写入的数据量为(4010^6) * (810^-3)B = 320,000B = 320KB。

举个例子

我们可以把网络发送数据包比喻成去街边的 ATM 取钱。每一个人从开始使用 ATM 到取钱结束整个过程都需要一分钟，所以这里的延迟是60秒，那吞吐量呢？当然是 1/60 人/秒。现在银行升级了他们的 ATM 机操作系统，每个人只要30秒就可以完成取款了！延迟是 30秒，吞吐量是 1/30 人/秒。很好理解，可是前面的问题依然存在对不对？别慌，看下面。

因为这附近来取钱的人比较多，现在银行决定在这里增加一台 ATM 机，一共有两台 ATM 机了。现在，一分钟可以让4个人完成取钱了，虽然你去排队取钱时在 ATM 机前还是要用 30 秒！也就是说，延迟没有变，但吞吐量增大了！可见，吞吐量可以不用通过减小延迟来提高。

好了，现在银行为了改进服务又做出了一个新的决定：每个来取钱的客户在取完钱之后必须在旁边填写一个调查问卷，用时也是30秒。那么，现在你去取钱的话从开始使用 ATM 到完成调查问卷离开的时间又是 60 秒了！换句话说，延迟是60秒。而吞吐量根本没变！一分钟之内还是可以进来4个人！可见，延迟增加了，而吞吐量没有变。

从这个比喻中我们可以看出，延迟测量的是每个客户（每个应用程序）感受到的时间长短，而吞吐量测量的是整个银行（整个操作系统）的处理效率，是两个完全不同的概念。用作者的原话说是：

In short, the throughput is a function of how many stages are in parallel while latency is a function of how many are in series when there are multiple stages in the processing. The stage with the lowest throughput determines the overall throughput.

正如银行为了让客户满意不光要提高自身的办事效率外，还要尽量缩短客户在银行办事所花的时间一样，操作系统不光要尽量让网络吞吐量大，而且还要让每个应用程序发送数据的延迟尽量小。这是两个不同的目标。