GPU和CPU之间的交互方式

GPU（图形处理器）和CPU（中央处理器）之间的交互方式主要涉及数据传输、命令提交和同步操作。以下是它们之间交互的详细方式：

1. 数据传输：
   • CPU首先从文件系统读取原始数据，分离出图形数据，并存储在系统内存中。
   • 当CPU准备将图形数据交给GPU时，数据会通过系统总线从系统内存拷贝到GPU的显存里。这种传输通常可以通过锁页内存（pinned memory）来加速，因为直接从锁页内存到GPU显存的传输速度比分页内存更快。
2. 命令提交：
   • 每个GPU中都至少有一个命令队列。CPU可以通过图形API（如Direct3D API）向该队列提交命令，这些命令指导GPU执行某些操作。
   • 命令在队列中等待执行，直到它们到达队列的首部。如果命令队列为空，GPU会处于空闲状态；如果命令队列过满，CPU可能会在某个时刻因提交命令的速度追上GPU执行命令的速度而进入空闲状态。
3. 同步操作：
   • 由于CPU和GPU是并行工作的处理器，有时需要进行同步以确保它们之间的正确协作。
   • 任何同步方法都可能导致其中的一种处理器处于等待和空闲的状态，这意味着两种处理器并没有被充分利用。因此，应尽量减少同步的次数，并缩短同步的时间。
4. 通信方式：
   • 在单机内部，CPU与CPU之间通过QPI进行通信，而CPU与GPU之间通过PCIe Switch进行通信。
   • GPU与GPU之间可以通过Nvlink或PCIe进行通信。没有直接通路的GPU间还需经过其他GPU才能完成通信。
   • 在多机环境中，机器之间通常通过交换机相连，CPU与CPU的通信基于socket原理进行，需要经过用户态与内核态的多次数据拷贝。对于远程直接数据存取（RDMA）技术，数据可以直接从一台计算机的内存传输到另一台计算机，无需双方操作系统和CPU的介入。

总的来说，GPU和CPU之间的交互是一个复杂的过程，涉及数据传输、命令提交、同步操作和通信方式等多个方面。它们之间的协作使得图形渲染和其他计算密集型任务能够更高效地完成。

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