DCU整体硬件架构

DCU整体硬件架构

   首先，DCU通过PCI-E总线与CPU处理器相连，它是CPU主机系统的一个硬件扩展，其存在的目的是为了对程序某些模块或者函数进行加速。虽然DCU是原硬件系统的一个扩展，接受CPU调度指挥，但是在运行程序时，它又保持相对独立性，又可以将其视为一个独立的系统。因此，DCU的硬件构造较为完整，例如有自己的计算单元、内存控制器、线程调度器等。同时一个主机系统在PCI-E总线上可以插入多张DCU与CPU进行互连，这使得一台主机的算力具有可扩展性，合理的利用多DCU程序可以获得更好的加速效果。

DCU是个相对完整的系统，由以下几个关键模块组成：

• 计算单元阵列，如图CU0、CU1等
• 缓存系统（L1一级缓存，L2二级缓存）
• 全局内存(global memory)
• CPU和DCU数据通路（DMA）

  DCU芯片上有64个独立的计算单元(CU)，每个CU又有4个独立的SIMD(单指令多数据)单元，每个SIMD单元又有16个向量ALU(算数逻辑单元)，通俗的讲，可以认为一块DCU芯片上有4096个核心，每个向量ALU就对应一个线程。

  虽然线程从概念上是独立执行的，但从DCU硬件来说是64个线程一组并行执行的，即一条指令发布后，一个SIMD单元中的16个ALU执行4轮完成，这64个线程被称为线程束（warp）；一个SIMD单元有10个线程束的指令缓冲，所以最多可以同一时间段内并发执行10个线程束（受其他硬件资源的限制）。这样算64个计算单元×4个SIMD单元×10线程束×64线程=163840，这是DCU硬件最大同时支持的线程数。此外，这10个线程束可以来自不同的线程块或者核函数，意味着我们的DCU支持多个核函数并发。

  计算单元上有高速的寄存器文件，每个SIMD单元有64KB的向量寄存器配额供向量ALU使用，负责存储我们在核函数中每个线程独有的局部变量。每个计算单元有64KB的局域数据共享（Local Data Share），负责存储核函数中以__shared__修饰符声明的变量，以实现同一线程块或同一线程束内的数据共享。