第 1章　為什么要學(xué)習(xí)GPU編程　1 1.1 技術(shù)要求　2 1.2 并行化與阿姆達爾定律　2 1.2.1 使用阿姆達爾定律　3 1.2.2 Mandelbrot集　5 1.3 對代碼進行性能分析　7 1.4 小結(jié)　9 1.5 習(xí)題　10 第 2章　搭建GPU編程環(huán)境　11 2.1 技術(shù)要求　12 2.2 確保擁有合適的硬件　12 2.2.1 檢查硬件（Linux系統(tǒng)）　13 2.2.2 檢查硬件（Windows系統(tǒng)）　14 2.3 安裝GPU驅(qū)動程序　15 2.3.1 安裝GPU驅(qū)動程序（Linux系統(tǒng)）　16 2.3.2 安裝GPU驅(qū)動程序（Windows系統(tǒng)）　17 2.4 搭建C++編程環(huán)境　18 2.4.1 設(shè)置GCC、Eclipse IDE和圖形處理庫（Linux系統(tǒng)）　18 2.4.2 設(shè)置Visual Studio（Windows系統(tǒng)）　18 2.4.3 安裝CUDA Toolkit　20 2.5 為GPU編程設(shè)置Python環(huán)境　21 2.5.1 安裝PyCUDA（Linux系統(tǒng)）　22 2.5.2 創(chuàng)建環(huán)境啟動腳本（Windows系統(tǒng)）　22 2.5.3 安裝PyCUDA（Windows系統(tǒng)）　23 2.5.4 測試PyCUDA　23 2.6 小結(jié)　24 2.7 習(xí)題　25 第3章　PyCUDA入門　26 3.1 技術(shù)要求　26 3.2 查詢GPU　27 3.3 使用PyCUDA的gpuarray類　31 3.3.1 使用gpuarray在GPU之間傳輸數(shù)據(jù)　31 3.3.2 使用gpuarray進行基本的逐元素算術(shù)運算　32 3.4 使用PyCUDA的ElementwiseKernel執(zhí)行逐元素運算　37 3.4.1 重溫Mandelbrot集　40 3.4.2 函數(shù)式編程簡介　44 3.4.3 并行化的掃描內(nèi)核函數(shù)和規(guī)約內(nèi)核函數(shù)簡介　45 3.5 小結(jié)　47 3.6 習(xí)題　47 第4章　內(nèi)核函數(shù)、線程、線程塊與網(wǎng)格　49 4.1 技術(shù)要求　50 4.2 內(nèi)核函數(shù)　50 4.3 線程、線程塊與網(wǎng)格　53 4.4 線程同步與線程通信　60 4.4.1 使用設(shè)備函數(shù)__syncthreads　60 4.4.2 使用共享內(nèi)存　63 4.5 并行前綴算法　65 4.5.1 樸素并行前綴算法　66 4.5.2 包含型并行前綴算法與獨占型并行前綴算法　69 4.5.3 工作高效型并行前綴算法　69 4.5.4 工作高效型并行前綴算法的實現(xiàn)　71 4.6 小結(jié)　74 4.7 習(xí)題　74 第5章　流、事件、上下文與并發(fā)性　76 5.1 技術(shù)要求　77 5.2 CUDA設(shè)備同步　77 5.2.1 使用PyCUDA流類　78 5.2.2 通過CUDA流實現(xiàn)并發(fā)版本的LIFE　82 5.3 事件　85 5.4 上下文　89 5.4.1 同步當(dāng)前上下文　90 5.4.2 手動創(chuàng)建上下文　91 5.4.3 主機端多進程與多線程技術(shù)　92 5.4.4 實現(xiàn)主機端并發(fā)的多上下文　93 5.5 小結(jié)　97 5.6 習(xí)題　97 第6章　CUDA代碼的調(diào)試與性能分析　99 6.1 技術(shù)要求　100 6.2 在CUDA內(nèi)核函數(shù)中使用printf函數(shù)　100 6.3 CUDA C編程簡介　106 6.4 利用Nsight IDE開發(fā)和調(diào)試CUDA C代碼　113 6.4.1 在Windows平臺上的Visual Studio中使用Nsight　113 6.4.2 在Linux平臺中使用Nsight和Eclipse　117 6.4.3 借助Nsight理解CUDA的線程束鎖步特性　120 6.5 使用NVIDIA性能分析工具——nvprof與Visual Profiler　122 6.6 小結(jié)　124 6.7 習(xí)題　125 第7章　通過Scikit-CUDA模塊使用CUDA庫　126 7.1 技術(shù)要求　127 7.2 安裝Scikit-CUDA　127 7.3 利用cuBLAS庫處理基本線性代數(shù)運算　128 7.3.1　利用cuBLAS庫處理第 1級AXPY運算　128 7.3.2　其他第 1級cuBLAS函數(shù)　130 7.3.3　利用cuBLAS庫處理第 2級GEMV運算　131 7.3.4　利用cuBLAS中的第3級GEMM操作測量GPU性能　133 7.4 利用cuFFT庫進行快速傅里葉變換　136 7.4.1　一維快速傅里葉變換示例　137 7.4.2　使用FFT進行卷積操作　138 7.4.3　利用cuFFT進行二維卷積　139 7.5 通過Scikit-CUDA使用cuSolver　144 7.5.1　奇異值分解　144 7.5.2　奇異值分解在主成分分析中的應(yīng)用　146 7.6 小結(jié)　147 7.7 習(xí)題　148 第8章 CUDA設(shè)備函數(shù)庫與Thrust庫　149 8.1 技術(shù)要求　150 8.2 cuRAND設(shè)備函數(shù)庫　150 8.3 CUDA Math API　155 8.3.1　定積分概述　155 8.3.2　用蒙特卡羅方法計算定積分　156 8.3.3　編寫測試用例　162 8.4 CUDA Thrust庫　164 8.5 小結(jié)　168 8.6 習(xí)題　169 第9章　實現(xiàn)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　170 9.1 技術(shù)要求　170 9.2 人工神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　171 9.3 softmax層的實現(xiàn)　177 9.4 交叉熵損失函數(shù)的實現(xiàn)　179 9.5 序貫網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)　180 9.5.1　推理方法的實現(xiàn)　182 9.5.2　梯度下降法　184 9.5.3　數(shù)據(jù)的規(guī)范化和歸一化　189 9.6 Iris數(shù)據(jù)集　190 9.7 小結(jié)　192 9.8 習(xí)題　193 第 10章 應(yīng)用編譯好的GPU代碼　194 10.1 通過Ctypes模塊啟動編譯好的 代碼　194 10.2 編譯并運行純PTX代碼　201 10.3 為CUDA Driver API編寫 包裝器　203 10.4 小結(jié)　210 10.5 習(xí)題　211 第 11章　CUDA性能優(yōu)化　212 11.1 動態(tài)并行性　212 11.2 向量化數(shù)據(jù)類型與 內(nèi)存訪問　217 11.3 線程安全的原子操作　218 11.4 線程束洗牌　220 11.5 內(nèi)聯(lián)PTX匯編　223 11.6 經(jīng)過優(yōu)化的數(shù)組求和 函數(shù)　227 11.7 小結(jié)　231 11.8 習(xí)題　231 第 12章　未來展望　233 12.1 深入了解CUDA和GPGPU 編程技術(shù)　234 12.1.1 多GPU系統(tǒng)　234 12.1.2 集群計算和消息 傳遞接口　234 12.1.3 OpenCL和 PyOpenCLCUDA　234 12.2 圖形領(lǐng)域　235 12.2.1　OpenGL　235 12.2.2　DirectX 12　235 12.2.3　Vulkan　236 12.3 機器學(xué)習(xí)與計算機視覺　236 12.3.1　基礎(chǔ)知識　236 12.3.2　cuDNN　236 12.3.3　Tensorflow與Keras　237 12.3.4　Chainer　237 12.3.5　OpenCV　237 12.4 區(qū)塊鏈技術(shù)　237 12.5 小結(jié)　238 12.6 習(xí)題　238 習(xí)題提示　239 第 1章 為什么要學(xué)習(xí)GPU編程　239 第 2章 搭建GPU編程環(huán)境　239 第3章 PyCUDA入門　240 第4章 內(nèi)核函數(shù)、線程、線程塊與網(wǎng)格　240 第5章 流、事件、上下文與并發(fā)性　241 第6章 CUDA代碼的調(diào)試與性能分析　241 第7章 通過Scikit-CUDA模塊使用CUDA庫　242 第8章 CUDA設(shè)備函數(shù)庫與Thrust庫　242 第9章 實現(xiàn)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　243 第 10章 應(yīng)用編譯好的GPU代碼　243 第 11章 CUDA性能優(yōu)化　244 第 12章 未來展望　244