解码 PTX：NVIDIA CUDA GPU 计算的核心
realtime news Mar 13, 2025 09:32
探索 PTX，这种用于 NVIDIA CUDA GPU 的汇编语言，它在实现向前兼容性方面的作用，以及其在 GPU 计算领域的重要性。
并行线程执行（Parallel Thread Execution，PTX）是 NVIDIA 的 CUDA GPU 计算平台的虚拟机指令集架构。自推出以来，PTX 在高层编程语言与 GPU 的硬件级操作之间提供了无缝接口，发挥了重要作用，正如 NVIDIA 所述。
指令集架构
任何处理器功能的基础是指令集架构（ISA），它决定了处理器可以执行的指令、它们的格式和二进制编码。对于 NVIDIA GPU，ISA 在不同的代和一代中的不同产品线之间各不相同。PTX 作为虚拟机 ISA，定义了抽象处理器的指令和行为，作为 CUDA 的汇编语言。
PTX 在 CUDA 平台中的角色
PTX 是 CUDA 平台的核心，充当高层代码与 GPU 二进制代码之间的中介语言。当使用 NVIDIA CUDA 编译器（NVCC）编译 CUDA 文件时，它将源代码分为 GPU 和 CPU 段。GPU 段被转换成 PTX，然后由汇编器 ‘ptxas’ 汇编成称为 ‘cubin’ 的二进制代码。这个两阶段编译使得 PTX 成为桥梁，确保向前兼容性，并允许各种编程语言有效地面向 CUDA。
PTX 的兼容性角色
NVIDIA GPU 配备了一个计算能力标识符，表示 GPU ISA 的版本。随着新硬件代引入新功能，PTX 版本会更新以支持这些能力，指示给定虚拟架构的可用指令。这种版本控制对于在不同 GPU 代之间保持兼容性至关重要。
CUDA 支持二进制和 PTX 即时编译（JIT）兼容性，允许应用程序在多代 GPU 上运行。通过在可执行文件中嵌入 PTX，CUDA 应用程序可以在运行时为新硬件架构编译，这些架构在应用程序最初开发时并不可用。此功能确保应用程序即使在硬件进步的情况下也能保持功能，而无需进行二进制更新。
未来的影响和发展
PTX 作为中间代码格式的角色使开发者能够创建面向未来的应用程序，可在尚未开发的 GPU 上运行。这是通过 CUDA 驱动程序在运行时 JIT 编译 PTX 代码实现的，使其能够适应新 GPU 的架构。开发者也可以利用 PTX 开发面向 NVIDIA GPU 的领域特定语言，例如 OpenAI Triton 对 PTX 的使用。
由 NVIDIA 提供的 PTX 文档可供对编写 PTX 代码感兴趣的开发者使用。尽管直接编写 PTX 可能实现性能优化，但高阶编程语言通常提供更高的生产力。然而，对于性能关键的代码段，一些开发者可能选择直接用 PTX 编写以对 GPU 执行的指令施加精细控制。
有关 PTX 和 CUDA 开发的更多见解，请访问 NVIDIA 开发者博客。
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