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CUDA编程与算子优化

第3章:经典算子实现—Reduce

通过 Reduce 算子的三个优化版本(朴素实现、共享内存树形归约、Warp Shuffle),掌握 CUDA 算子逐步优化的方法论

CUDA Reduce 共享内存 Warp Shuffle 算子优化

本章简介

Reduce(归约)是最经典的并行算法之一,也是学习 CUDA 优化的最佳入门案例。本章通过三个递进版本,体验”分析瓶颈 → 针对优化 → 量化收益”的完整优化循环。

朴素实现使用全局内存 + 原子加,最简单但最慢,通过性能分析定位瓶颈。

共享内存 + 树形归约在 Block 内使用共享内存进行树形归约,消除 Warp Divergence,处理多 Block 的二次归约问题。

Warp Shuffle 优化__shfl_down_sync 替代共享内存,完全消除 Bank Conflict,实现 Warp 级的高效 Reduce。

多级归约与大规模数据介绍 Grid-stride loop 处理超大数组的技巧。

动手实验:实现三个版本的 Reduce Sum,使用 Nsight Compute 对比 throughput,说清每一步优化到底省在哪里。