参考当年的苹果时刻：_老虎社区_美港股上老虎

主神级交易员鄧文
2025-05-04

参考当年的苹果时刻：苹果当时还在做MP3呢，谁会想到当时的苹果是手机行业的颠覆者和革命者，屠龙者终于成了恶龙；同理，不会在硬件和软件的缝隙里，苹果时刻前，已经有触屏手机了，摩托罗拉等的，

一文看懂 | 英伟达护城河cuda的运作机制

我们认为，DeepSeek 的效率突破预示着AI 应用需求的激增。CUDA究竟是什么似乎在过去一年里，每个人都开始谈论 CUDA：它是深度学习的支柱，是新型硬件难以与之竞争的原因，也是英伟达护城河与市值飙升的核心。许多人认为它只是 “英伟达用来让 GPU 运行更快的东西”。2001 年，英伟达推出 GeForce3，这一切发生了改变。这一进步伴随着 Shader Model 1.0 的推出，开发者可以编写在 GPU 上执行的小程序，用于顶点和像素处理。

一文看懂 | 英伟达护城河cuda的运作机制

免责声明：上述内容仅代表发帖人个人观点，不构成本平台的任何投资建议。

推荐
最新

暂无评论

热议股票

{"i18n":{"language":"zh_CN"},"data":{"magic":2,"id":431343363121720,"tweetId":"431343363121720","gmtCreate":1746330525358,"gmtModify":1746330527934,"author":{"id":3503176530513854,"idStr":"3503176530513854","authorId":3503176530513854,"authorIdStr":"3503176530513854","name":"主神级交易员鄧文","avatar":"https://static.tigerbbs.com/f2ca16674f05ce7610dac8b312ef4f5b","vip":1,"userType":1,"introduction":"","boolIsFan":false,"boolIsHead":false,"crmLevel":1,"crmLevelSwitch":0,"individualDisplayBadges":[],"fanSize":1718,"starInvestorFlag":false},"themes":[],"images":[],"coverImages":[],"html":"<html><head></head><body>参考当年的苹果时刻：苹果当时还在做MP3呢，谁会想到当时的苹果是手机行业的颠覆者和革命者，屠龙者终于成了恶龙；同理，不会在硬件和软件的缝隙里，苹果时刻前，已经有触屏手机了，摩托罗拉等的，</body></html>","htmlText":"<html><head></head><body>参考当年的苹果时刻：苹果当时还在做MP3呢，谁会想到当时的苹果是手机行业的颠覆者和革命者，屠龙者终于成了恶龙；同理，不会在硬件和软件的缝隙里，苹果时刻前，已经有触屏手机了，摩托罗拉等的，</body></html>","text":"参考当年的苹果时刻：苹果当时还在做MP3呢，谁会想到当时的苹果是手机行业的颠覆者和革命者，屠龙者终于成了恶龙；同理，不会在硬件和软件的缝隙里，苹果时刻前，已经有触屏手机了，摩托罗拉等的，","highlighted":1,"essential":1,"paper":1,"likeSize":2,"commentSize":0,"repostSize":0,"favoriteSize":0,"link":"https://laohu8.com/post/431343363121720","repostId":1128298610,"repostType":4,"repost":{"id":"1128298610","kind":"news","pubTimestamp":1746237948,"share":"https://www.laohu8.com/m/news/1128298610?lang=zh_CN&edition=full","pubTime":"2025-05-03 10:05","market":"sh","language":"zh","title":"一文看懂 | 英伟达护城河cuda的运作机制","url":"https://stock-news.laohu8.com/highlight/detail?id=1128298610","media":"半导体行业洞察","summary":"我们认为，DeepSeek 的效率突破预示着AI 应用需求的激增。CUDA究竟是什么似乎在过去一年里，每个人都开始谈论 CUDA：它是深度学习的支柱，是新型硬件难以与之竞争的原因，也是英伟达护城河与市值飙升的核心。许多人认为它只是 “英伟达用来让 GPU 运行更快的东西”。2001 年，英伟达推出 GeForce3，这一切发生了改变。这一进步伴随着 Shader Model 1.0 的推出，开发者可以编写在 GPU 上执行的小程序，用于顶点和像素处理。","content":"<html><head></head><body><blockquote>多年来，领先的人工智能公司一直坚称，只有拥有庞大计算资源的公司才能推动前沿研究，这强化了这样一种观点：除非你拥有数十亿美元的基础设施投入，否则“不可能赶上”。但 DeepSeek 的成功却讲述了一个不同的故事：新颖的理念可以带来效率上的突破，从而加速人工智能的发展；规模更小但更专注的团队可以挑战行业巨头，甚至创造公平的竞争环境。</blockquote>我们认为，DeepSeek 的效率突破预示着AI 应用需求的激增。如果 AI 要继续发展，就必须降低总体拥有成本 (TCO) ——通过扩大替代硬件的覆盖范围、最大限度地提高现有系统的效率以及加速软件创新。否则，未来 AI 的效益将面临瓶颈——要么是硬件短缺，要么是开发者难以有效利用现有的各种硬件。过去 25 年来，我一直致力于为世界释放计算能力。我创立并领导了LLVM的开发，LLVM 是一项编译器技术，它为 CPU 在编译器技术的新应用领域打开了大门。如今，LLVM 已成为 C++、Rust、Swift 等性能导向型编程语言的基础。它支持几乎所有 iOS 和 Android 应用，以及 Google 和 Meta 等主要互联网服务的基础设施。这项工作为我在苹果领导的几项关键创新铺平了道路，包括创建OpenCL（一个早期的加速器框架，现已被整个行业广泛采用）、使用LLVM重建苹果的CPU和GPU软件堆栈，以及开发Swift编程语言。这些经历强化了我对共享基础设施的力量、软硬件协同设计的重要性，以及直观、开发者友好的工具如何释放先进硬件的全部潜力的信念。2017 年，我开始着迷于 AI 的潜力，并加入 Google，领导 TPU 平台的软件开发。当时，硬件已经准备就绪，但软件尚未投入使用。在接下来的两年半时间里，通过团队的共同努力，我们在 Google Cloud 上推出了 TPU，并将其扩展到每秒百亿亿次浮点运算 (ExaFLOPS)，并构建了一个研究平台，促成了Attention Is All You Need和BERT等突破性成果。然而，这段旅程也揭示了人工智能软件更深层次的问题。尽管 TPU 取得了成功，但它们仍然仅与 PyTorch 等人工智能框架半兼容——谷歌凭借巨大的经济和研究资源克服了这个问题。一个常见的客户问题是：“TPU 能开箱即用地运行任意人工智能模型吗？”真相是？不能——因为我们没有 CUDA，而 CUDA 是人工智能开发的事实标准。我并非回避解决行业重大问题的人：我最近的工作是创建下一代技术，以适应硬件和加速器的新时代。这包括 MLIR 编译器框架（目前已被整个行业广泛采用的 AI 编译器），以及我们团队在过去 3 年中构建的一些特别的东西——但我们稍后会在合适的时机分享更多相关信息。由于我的背景和在业界的人脉，我经常被问及计算的未来。如今，无数团队正在硬件领域进行创新（部分原因是NVIDIA 市值飙升），而许多软件团队正在采用 MLIR 来支持新的架构。与此同时，高层领导们也在质疑，为什么尽管投入了大量资金，AI 软件问题仍然悬而未决。挑战并非缺乏动力或资源。那么，为什么这个行业会感到停滞不前呢？我不认为我们陷入了困境。但我们确实面临着一些棘手的基础性问题。为了向前发展，我们需要更好地理解行业底层动态。计算是一个技术含量极高的领域，发展迅速，充斥着各种术语、代号和新闻稿，旨在让每一款新产品都听起来具有革命性。许多人试图拨开迷雾，只见树木不见森林，但要真正理解我们的发展方向，我们需要探究其根源——那些将一切联系在一起的基本构件。首先，我们将以一种简单易懂的方式回答这些关键问题：<ul style=\"list-style-type: ;\"><li>CUDA 到底是什么？</li><li>CUDA 为何如此成功</li><li>️CUDA 真的好吗？</li><li>为什么其他硬件制造商难以提供可比的 AI 软件？</li><li>为什么 Triton、OneAPI 或 OpenCL 等现有技术还没有解决这个问题？</li><li>作为一个行业，我们该如何向前发展？</li></ul>我希望本文能够激发有意义的讨论，并提升人们对这些复杂问题的理解。人工智能的快速发展——例如 DeepSeek 最近的突破——提醒我们，软件和算法创新仍然是推动行业发展的动力。对底层硬件的深入理解继续带来 “10 倍” 的突破。人工智能正以前所未有的速度发展，但仍有诸多潜力有待挖掘。让我们携手突破，挑战固有认知，推动行业发展。让我们一起深入探索！<h2 id=\"id_1293465784\">CUDA究竟是什么</h2>似乎在过去一年里，每个人都开始谈论 CUDA：它是深度学习的支柱，是新型硬件难以与之竞争的原因，也是英伟达护城河与市值飙升的核心。DeepSeek 的出现让我们有了惊人的发现：它的突破是通过 “绕过” CUDA、直接进入 PTX 层实现的…… 但这究竟意味着什么呢？似乎每个人都想打破这种技术锁定，但在制定计划之前，我们必须先了解自己面临的挑战。CUDA 在人工智能领域的主导地位不可否认，但大多数人并不完全理解 CUDA 究竟是什么。有人认为它是一种编程语言，有人称它是一个框架。许多人认为它只是 “英伟达用来让 GPU 运行更快的东西”。这些说法并非完全错误，也有很多杰出人士试图解释它，但没有一种能完全涵盖 “CUDA 平台” 的全貌。CUDA 并非单一事物，它是一个庞大的分层平台，是一系列技术、软件库和底层优化的集合，共同构成了一个大规模的并行计算生态系统。它包括：<ul style=\"list-style-type: ;\"><li>一种底层并行编程模型，开发者可以用类似 C++ 的语法利用 GPU 的原始计算能力。</li><li>一套复杂的库和框架，这些中间件支持人工智能等关键垂直应用场景（例如用于 PyTorch 和 TensorFlow 的 cuDNN 库 ）。</li><li>像 TensorRT-LLM 和 Triton 这样的高级解决方案，它们能在不需要开发者深入了解 CUDA 的情况下，支持人工智能工作负载（例如大语言模型服务）。</li></ul>而这只是冰山一角。在本章节中，我们将深入剖析 CUDA 平台的关键层级，探究其发展历程，并解释它为何对如今的人工智能计算如此重要。这为我们系列文章的下一部分内容奠定了基础，届时我们将深入探讨 CUDA 如此成功的原因。提示：这与其说是技术本身的原因，不如说和市场激励因素有很大关系。让我们开始吧！<h4 id=\"id_3387016686\">CUDA 发展之路：从图形处理到通用计算</h4>在 GPU 成为人工智能和科学计算的强大引擎之前，它们只是图形处理器，是专门用于渲染图像的处理器。早期的 GPU 将图像渲染功能硬编码在硅芯片中，这意味着渲染的每个步骤（变换、光照、光栅化）都是固定的。虽然这些芯片在图形处理方面效率很高，但缺乏灵活性，无法用于其他类型的计算。2001 年，英伟达推出 GeForce3，这一切发生了改变。GeForce3 是第一款带有可编程着色器的 GPU，这在计算领域是一次重大变革：<ul style=\"list-style-type: ;\"><li>在此之前：固定功能的 GPU 只能应用预定义的效果。</li><li>在此之后：开发者可以编写自己的着色器程序，解锁了可编程图形管线。</li></ul>这一进步伴随着 Shader Model 1.0 的推出，开发者可以编写在 GPU 上执行的小程序，用于顶点和像素处理。英伟达预见到了未来的发展方向：GPU 不仅可以提升图形性能，还能成为可编程的并行计算引擎。与此同时，研究人员很快就提出了疑问：“如果 GPU 能运行用于图形处理的小程序，那我们能否将其用于非图形任务呢？”斯坦福大学的 BrookGPU 项目是早期对此进行的重要尝试之一。Brook 引入了一种编程模型，使 CPU 能够将计算任务卸载到 GPU 上，这一关键理念为 CUDA 的诞生奠定了基础。这一举措具有战略意义且极具变革性。英伟达没有把计算当作一项附带实验，而是将其列为首要任务，将 CUDA 深度融入其硬件、软件和开发者生态系统中。<h4 id=\"id_285920149\">CUDA 并行编程模型</h4>2006 年，英伟达推出 CUDA（统一计算设备架构），这是首个面向 GPU 的通用编程平台。CUDA 编程模型由两部分组成：“CUDA 编程语言” 和 “英伟达驱动程序”。<img src=\"https://static.tigerbbs.com/8dfda6e467710c2ecc4f3256418766de\" title=\"\" tg-width=\"700\" tg-height=\"538\"/>CUDA 是一个分层堆栈，需要从驱动程序到内核的深度集成CUDA 语言源自 C++，并进行了扩展，以直接暴露 GPU 的底层特性，例如 “GPU 线程” 和内存等概念。程序员可以使用该语言定义 “CUDA 内核”，这是一种在 GPU 上运行的独立计算任务。下面是一个非常简单的示例： <img src=\"https://static.tigerbbs.com/a6de30bb57535061e6a824855211fc90\" title=\"\" tg-width=\"1006\" tg-height=\"298\"/>CUDA 内核允许程序员定义自定义计算，这些计算可以访问本地资源（如内存），并将 GPU 用作高速并行计算单元。这种语言会被翻译成 “PTX”，PTX 是一种汇编语言，是英伟达 GPU 支持的最低级接口。但是程序究竟如何在 GPU 上执行代码呢？这就要用到英伟达驱动程序了。它充当 CPU 和 GPU 之间的桥梁，负责处理内存分配、数据传输和内核执行。以下是一个简单示例：<img src=\"https://static.tigerbbs.com/4a19ba0988ee2746aa1ce3044e325611\" title=\"\" tg-width=\"994\" tg-height=\"642\"/>请注意，这些操作都非常底层，充满了繁杂的细节（如指针和 “幻数（magic numbers）”）。如果出现错误，通常会以难以理解的程序崩溃形式提示。此外，CUDA 还暴露了许多英伟达硬件特有的细节，例如 “warp 中的线程数”（这里暂不深入探讨）。尽管存在这些挑战，但这些组件让整整一代硬核程序员能够利用 GPU 强大的计算能力来解决数值问题。例如，2012 年 AlexNET 点燃了现代深度学习的火种。它之所以能够实现，得益于用于卷积、激活、池化和归一化等人工智能操作的自定义 CUDA 内核，以及 GPU 提供的强大算力。虽然大多数人听到 “CUDA” 时，通常想到的是 CUDA 语言和驱动程序，但这远不是 CUDA 的全部，它们只是其中的一部分。随着时间的推移，CUDA 平台不断发展，涵盖的内容越来越多，而最初的首字母缩写词（CUDA）已经无法准确描述其全部意义。高级 CUDA 库：让 GPU 编程更易上手CUDA 编程模型为通用 GPU 计算打开了大门，功能强大，但它带来了两个挑战：<ul style=\"list-style-type: ;\"><li>CUDA 使用难度较大。</li><li>更糟糕的是，CUDA 在性能可移植性方面表现不佳。</li></ul>为第 N 代 GPU 编写的大多数内核在第 N + 1 代 GPU 上仍能 “继续运行”，但性能往往较差，远达不到第 N + 1 代 GPU 的峰值性能，尽管 GPU 的优势就在于高性能。这使得 CUDA 成为专业工程师的有力工具，但对大多数开发者来说，学习门槛较高。这也意味着每次新一代 GPU 推出时（例如现在新出现的 Blackwell 架构），都需要对代码进行大量重写。随着英伟达的发展，它希望 GPU 对那些在各自领域是专家，但并非 GPU 专家的人也有用。英伟达解决这一问题的方法是开始构建丰富而复杂的闭源高级库，这些库抽象掉了 CUDA 的底层细节，其中包括：<ul style=\"list-style-type: ;\"><li>cuDNN（2014 年推出）—— 加速深度学习（例如卷积、激活函数运算）。</li><li>cuBLAS—— 优化的线性代数例程。</li><li>cuFFT—— 在 GPU 上进行快速傅里叶变换（FFT）。</li><li>以及许多其他库。</li></ul>有了这些库，开发者无需编写自定义 GPU 代码就能利用 CUDA 的强大功能，英伟达则承担了为每一代硬件重写这些库的工作。这对英伟达来说是一项巨大的投资，但最终取得了成效。cuDNN 库在这一过程中尤为重要，它为谷歌的 TensorFlow（2015 年推出）和 Meta 的 PyTorch（2016 年推出）铺平了道路，推动了深度学习框架的兴起。虽然此前也有一些人工智能框架，但这些是首批真正实现规模化应用的框架。现代人工智能框架中包含数千个 CUDA 内核，每个内核都极难编写。随着人工智能研究的爆发式增长，英伟达积极扩展这些库，以涵盖重要的新应用场景。<img src=\"https://static.tigerbbs.com/0012d44c33848e0c0e3440e23010617f\" title=\"图片\" tg-width=\"480\" tg-height=\"796\"/>图片CUDA 上的 PyTorch 建立在多层依赖关系之上英伟达对这些强大的 GPU 库的投入，使得全球开发者能够专注于构建像 PyTorch 这样的高级人工智能框架，以及像 HuggingFace 这样的开发者生态系统。他们的下一步是打造开箱即用的完整解决方案，让开发者完全无需了解 CUDA 编程模型。<h4 id=\"id_2088903898\">全面的垂直解决方案助力AI和GenAI快速发展</h4>人工智能的热潮远远超出了研究实验室的范畴，如今它无处不在。从图像生成到聊天机器人，从科学发现到代码助手，生成式人工智能（GenAI）在各个行业蓬勃发展，为该领域带来了大量新应用和开发者。与此同时，出现了一批新的人工智能开发者，他们有着截然不同的需求。在早期，深度学习需要精通 CUDA、高性能计算（HPC）和底层 GPU 编程的专业工程师。如今，一种新型开发者（通常称为人工智能工程师）在构建和部署人工智能模型时，无需接触底层 GPU 代码。为了满足这一需求，英伟达不仅提供库，还推出了交钥匙解决方案，将底层的一切细节都抽象掉。这些框架无需开发者深入了解 CUDA，就能让人工智能开发者轻松优化和部署模型。<ul style=\"list-style-type: ;\"><li>Triton Serving—— 一种高性能的人工智能模型服务系统，使团队能够在多个 GPU 和 CPU 上高效运行推理。</li><li>TensorRT—— 一种深度学习推理优化器，可自动调整模型，使其在英伟达硬件上高效运行。</li><li>TensorRT-LLM—— 一种更专业的解决方案，专为大规模大语言模型（LLM）推理而构建。</li><li>以及许多（众多）其他工具。</li></ul><img src=\"https://static.tigerbbs.com/d4dd1f36708389bf2bf397f72604c6c1\" title=\"图片\" tg-width=\"480\" tg-height=\"587\"/>图片NVIDIA 驱动程序和 TensorRT-LLM 之间存在多个层这些工具完全屏蔽了 CUDA 的底层复杂性，让人工智能工程师能够专注于人工智能模型和应用，而无需关注硬件细节。这些系统提供了强大的支持，推动了人工智能应用的横向扩展。<h4 id=\"id_1393294678\">整体的 “CUDA 平台”</h4>CUDA 常被视为一种编程模型、一组库，甚至仅仅是 “英伟达 GPU 运行人工智能所依赖的东西”。但实际上，CUDA 远不止如此。它是一个统一的品牌，是一个真正庞大的软件集合，也是一个经过高度优化的生态系统，所有这些都与英伟达的硬件深度集成。因此，“CUDA” 这个术语含义模糊，我们更倾向于使用 “CUDA 平台” 这一表述，以明确我们所谈论的更像是 Java 生态系统，甚至是一个操作系统，而不仅仅是一种编程语言和运行时库。<img src=\"https://static.tigerbbs.com/cc4196cc92f634828b7b8ccb1cb227a4\" title=\"图片\" tg-width=\"1080\" tg-height=\"640\"/>图片CUDA 的复杂性不断扩大：涵盖驱动程序、语言、库和框架的多层生态系统从核心来看，CUDA 平台包括：<ul style=\"list-style-type: ;\"><li>庞大的代码库：经过数十年优化的 GPU 软件，涵盖从矩阵运算到人工智能推理的所有领域。</li><li>广泛的工具和库生态系统：从用于深度学习的 cuDNN 库到用于推理的 TensorRT，CUDA 涵盖了大量的工作负载。</li><li>针对硬件优化的性能：每次 CUDA 发布都会针对英伟达最新的 GPU 架构进行深度优化，确保实现顶级效率。</li><li>专有且不透明：当开发者与 CUDA 的库 API 交互时，底层发生的很多操作都是闭源的，并且与英伟达的生态系统紧密相连。</li></ul>CUDA 是一套强大且庞大的技术体系，是整个现代 GPU 计算的软件平台基础，其应用甚至超越了人工智能领域。CUDA平台的演进史，实为一部软硬件协同进化的史诗——从可编程着色器的萌芽到万亿级AI生态的崛起，英伟达用二十年时间构筑起层层嵌套的技术护城河。这座由数亿行优化代码堆砌的巴别塔，既成就了深度学习革命的算力基石，也暴露出行业深陷路径依赖的隐忧。DeepSeek绕过CUDA直抵PTX层的突破，犹如刺破云层的闪电，揭示了一个关键真相：当硬件创新进入深水区，软件栈的范式革命可能比晶体管密度更具颠覆性。当前AI竞赛的本质，早已超越单纯算力的军备较量，演变为生态系统重构权的争夺。正如LLVM曾打破编译器的垄断格局，MLIR等新一代基础设施正悄然重塑计算范式。行业的真正瓶颈不在于芯片的物理极限，而在于如何构建开放、可移植的创新土壤——这要求我们以更底层的思维解构CUDA神话，在编译器、中间件与开发者体验的交叉点上寻找突破口。历史的经验反复印证：每一次计算民主化的浪潮，终将由那些敢于跳出既有框架、用算法效率对冲硬件鸿沟的颠覆者引领。此刻，我们正站在算力平权时代的门槛上，答案或许就藏在软件与硬件的缝隙之间。</body></html>","source":"bdthygc","collect":0,"html":"<!DOCTYPE html>\n<html>\n<head>\n<meta http-equiv=\"Content-Type\" content=\"text/html; charset=utf-8\" />\n<meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width,initial-scale=1.0,minimum-scale=1.0,maximum-scale=1.0,user-scalable=no\"/>\n<meta name=\"format-detection\" content=\"telephone=no,email=no,address=no\" />\n<title>一文看懂 | 英伟达护城河cuda的运作机制</title>\n<style type=\"text/css\">\na,abbr,acronym,address,applet,article,aside,audio,b,big,blockquote,body,canvas,caption,center,cite,code,dd,del,details,dfn,div,dl,dt,\nem,embed,fieldset,figcaption,figure,footer,form,h1,h2,h3,h4,h5,h6,header,hgroup,html,i,iframe,img,ins,kbd,label,legend,li,mark,menu,nav,\nobject,ol,output,p,pre,q,ruby,s,samp,section,small,span,strike,strong,sub,summary,sup,table,tbody,td,tfoot,th,thead,time,tr,tt,u,ul,var,video{ font:inherit;margin:0;padding:0;vertical-align:baseline;border:0 }\nbody{ font-size:16px; line-height:1.5; color:#999; background:transparent; }\n.wrapper{ overflow:hidden;word-break:break-all;padding:10px; }\nh1,h2{ font-weight:normal; line-height:1.35; margin-bottom:.6em; }\nh3,h4,h5,h6{ line-height:1.35; margin-bottom:1em; }\nh1{ font-size:24px; }\nh2{ font-size:20px; }\nh3{ font-size:18px; }\nh4{ font-size:16px; }\nh5{ font-size:14px; }\nh6{ font-size:12px; }\np,ul,ol,blockquote,dl,table{ margin:1.2em 0; }\nul,ol{ margin-left:2em; }\nul{ list-style:disc; }\nol{ list-style:decimal; }\nli,li p{ margin:10px 0;}\nimg{ max-width:100%;display:block;margin:0 auto 1em; }\nblockquote{ color:#B5B2B1; border-left:3px solid #aaa; padding:1em; }\nstrong,b{font-weight:bold;}\nem,i{font-style:italic;}\ntable{ width:100%;border-collapse:collapse;border-spacing:1px;margin:1em 0;font-size:.9em; }\nth,td{ padding:5px;text-align:left;border:1px solid #aaa; }\nth{ font-weight:bold;background:#5d5d5d; }\n.symbol-link{font-weight:bold;}\n/* header{ border-bottom:1px solid #494756; } */\n.title{ margin:0 0 8px;line-height:1.3;color:#ddd; }\n.meta {color:#5e5c6d;font-size:13px;margin:0 0 .5em; }\na{text-decoration:none; color:#2a4b87;}\n.meta .head { display: inline-block; overflow: hidden}\n.head .h-thumb { width: 30px; height: 30px; margin: 0; padding: 0; border-radius: 50%; float: left;}\n.head .h-content { margin: 0; padding: 0 0 0 9px; float: left;}\n.head .h-name {font-size: 13px; color: #eee; margin: 0;}\n.head .h-time {font-size: 11px; color: #7E829C; margin: 0;line-height: 11px;}\n.small {font-size: 12.5px; display: inline-block; transform: scale(0.9); -webkit-transform: scale(0.9); transform-origin: left; -webkit-transform-origin: left;}\n.smaller {font-size: 12.5px; display: inline-block; transform: scale(0.8); -webkit-transform: scale(0.8); transform-origin: left; -webkit-transform-origin: left;}\n.bt-text {font-size: 12px;margin: 1.5em 0 0 0}\n.bt-text p {margin: 0}\n</style>\n</head>\n<body>\n<div class=\"wrapper\">\n<header>\n<h2 class=\"title\">\n一文看懂 | 英伟达护城河cuda的运作机制\n</h2>\n\n<h4 class=\"meta\">\n\n\n2025-05-03 10:05 北京时间&nbsp;&nbsp;&nbsp;<a href=https://mp.weixin.qq.com/s/j2hh2M0v5Y2gK7Kw__901w>半导体行业洞察</a>\n\n\n</h4>\n\n</header>\n<article>\n<div>\n多年来，领先的人工智能公司一直坚称，只有拥有庞大计算资源的公司才能推动前沿研究，这强化了这样一种观点：除非你拥有数十亿美元的基础设施投入，否则“不可能赶上”。但 DeepSeek 的成功却讲述了一个不同的故事：新颖的理念可以带来效率上的突破，从而加速人工智能的发展；规模更小但更专注的团队可以挑战行业巨头，甚至创造公平的竞争环境。我们认为，DeepSeek 的效率突破预示着AI 应用需求的激增。如果...\n\n<a href=\"https://mp.weixin.qq.com/s/j2hh2M0v5Y2gK7Kw__901w\">网页链接</a>\n\n</div>\n\n\n</article>\n</div>\n</body>\n</html>\n","type":0,"thumbnail":"https://static.tigerbbs.com/4baf1908bc912251f21e0b3557987159","relate_stocks":{},"source_url":"https://mp.weixin.qq.com/s/j2hh2M0v5Y2gK7Kw__901w","is_english":false,"share_image_url":"https://static.laohu8.com/e9f99090a1c2ed51c021029395664489","article_id":"1128298610","content_text":"多年来，领先的人工智能公司一直坚称，只有拥有庞大计算资源的公司才能推动前沿研究，这强化了这样一种观点：除非你拥有数十亿美元的基础设施投入，否则“不可能赶上”。但 DeepSeek 的成功却讲述了一个不同的故事：新颖的理念可以带来效率上的突破，从而加速人工智能的发展；规模更小但更专注的团队可以挑战行业巨头，甚至创造公平的竞争环境。我们认为，DeepSeek 的效率突破预示着AI 应用需求的激增。如果 AI 要继续发展，就必须降低总体拥有成本 (TCO) ——通过扩大替代硬件的覆盖范围、最大限度地提高现有系统的效率以及加速软件创新。否则，未来 AI 的效益将面临瓶颈——要么是硬件短缺，要么是开发者难以有效利用现有的各种硬件。过去 25 年来，我一直致力于为世界释放计算能力。我创立并领导了LLVM的开发，LLVM 是一项编译器技术，它为 CPU 在编译器技术的新应用领域打开了大门。如今，LLVM 已成为 C++、Rust、Swift 等性能导向型编程语言的基础。它支持几乎所有 iOS 和 Android 应用，以及 Google 和 Meta 等主要互联网服务的基础设施。这项工作为我在苹果领导的几项关键创新铺平了道路，包括创建OpenCL（一个早期的加速器框架，现已被整个行业广泛采用）、使用LLVM重建苹果的CPU和GPU软件堆栈，以及开发Swift编程语言。这些经历强化了我对共享基础设施的力量、软硬件协同设计的重要性，以及直观、开发者友好的工具如何释放先进硬件的全部潜力的信念。2017 年，我开始着迷于 AI 的潜力，并加入 Google，领导 TPU 平台的软件开发。当时，硬件已经准备就绪，但软件尚未投入使用。在接下来的两年半时间里，通过团队的共同努力，我们在 Google Cloud 上推出了 TPU，并将其扩展到每秒百亿亿次浮点运算 (ExaFLOPS)，并构建了一个研究平台，促成了Attention Is All You Need和BERT等突破性成果。然而，这段旅程也揭示了人工智能软件更深层次的问题。尽管 TPU 取得了成功，但它们仍然仅与 PyTorch 等人工智能框架半兼容——谷歌凭借巨大的经济和研究资源克服了这个问题。一个常见的客户问题是：“TPU 能开箱即用地运行任意人工智能模型吗？”真相是？不能——因为我们没有 CUDA，而 CUDA 是人工智能开发的事实标准。我并非回避解决行业重大问题的人：我最近的工作是创建下一代技术，以适应硬件和加速器的新时代。这包括 MLIR 编译器框架（目前已被整个行业广泛采用的 AI 编译器），以及我们团队在过去 3 年中构建的一些特别的东西——但我们稍后会在合适的时机分享更多相关信息。由于我的背景和在业界的人脉，我经常被问及计算的未来。如今，无数团队正在硬件领域进行创新（部分原因是NVIDIA 市值飙升），而许多软件团队正在采用 MLIR 来支持新的架构。与此同时，高层领导们也在质疑，为什么尽管投入了大量资金，AI 软件问题仍然悬而未决。挑战并非缺乏动力或资源。那么，为什么这个行业会感到停滞不前呢？我不认为我们陷入了困境。但我们确实面临着一些棘手的基础性问题。为了向前发展，我们需要更好地理解行业底层动态。计算是一个技术含量极高的领域，发展迅速，充斥着各种术语、代号和新闻稿，旨在让每一款新产品都听起来具有革命性。许多人试图拨开迷雾，只见树木不见森林，但要真正理解我们的发展方向，我们需要探究其根源——那些将一切联系在一起的基本构件。首先，我们将以一种简单易懂的方式回答这些关键问题：CUDA 到底是什么？CUDA 为何如此成功️CUDA 真的好吗？为什么其他硬件制造商难以提供可比的 AI 软件？为什么 Triton、OneAPI 或 OpenCL 等现有技术还没有解决这个问题？作为一个行业，我们该如何向前发展？我希望本文能够激发有意义的讨论，并提升人们对这些复杂问题的理解。人工智能的快速发展——例如 DeepSeek 最近的突破——提醒我们，软件和算法创新仍然是推动行业发展的动力。对底层硬件的深入理解继续带来 “10 倍” 的突破。人工智能正以前所未有的速度发展，但仍有诸多潜力有待挖掘。让我们携手突破，挑战固有认知，推动行业发展。让我们一起深入探索！CUDA究竟是什么似乎在过去一年里，每个人都开始谈论 CUDA：它是深度学习的支柱，是新型硬件难以与之竞争的原因，也是英伟达护城河与市值飙升的核心。DeepSeek 的出现让我们有了惊人的发现：它的突破是通过 “绕过” CUDA、直接进入 PTX 层实现的…… 但这究竟意味着什么呢？似乎每个人都想打破这种技术锁定，但在制定计划之前，我们必须先了解自己面临的挑战。CUDA 在人工智能领域的主导地位不可否认，但大多数人并不完全理解 CUDA 究竟是什么。有人认为它是一种编程语言，有人称它是一个框架。许多人认为它只是 “英伟达用来让 GPU 运行更快的东西”。这些说法并非完全错误，也有很多杰出人士试图解释它，但没有一种能完全涵盖 “CUDA 平台” 的全貌。CUDA 并非单一事物，它是一个庞大的分层平台，是一系列技术、软件库和底层优化的集合，共同构成了一个大规模的并行计算生态系统。它包括：一种底层并行编程模型，开发者可以用类似 C++ 的语法利用 GPU 的原始计算能力。一套复杂的库和框架，这些中间件支持人工智能等关键垂直应用场景（例如用于 PyTorch 和 TensorFlow 的 cuDNN 库 ）。像 TensorRT-LLM 和 Triton 这样的高级解决方案，它们能在不需要开发者深入了解 CUDA 的情况下，支持人工智能工作负载（例如大语言模型服务）。而这只是冰山一角。在本章节中，我们将深入剖析 CUDA 平台的关键层级，探究其发展历程，并解释它为何对如今的人工智能计算如此重要。这为我们系列文章的下一部分内容奠定了基础，届时我们将深入探讨 CUDA 如此成功的原因。提示：这与其说是技术本身的原因，不如说和市场激励因素有很大关系。让我们开始吧！CUDA 发展之路：从图形处理到通用计算在 GPU 成为人工智能和科学计算的强大引擎之前，它们只是图形处理器，是专门用于渲染图像的处理器。早期的 GPU 将图像渲染功能硬编码在硅芯片中，这意味着渲染的每个步骤（变换、光照、光栅化）都是固定的。虽然这些芯片在图形处理方面效率很高，但缺乏灵活性，无法用于其他类型的计算。2001 年，英伟达推出 GeForce3，这一切发生了改变。GeForce3 是第一款带有可编程着色器的 GPU，这在计算领域是一次重大变革：在此之前：固定功能的 GPU 只能应用预定义的效果。在此之后：开发者可以编写自己的着色器程序，解锁了可编程图形管线。这一进步伴随着 Shader Model 1.0 的推出，开发者可以编写在 GPU 上执行的小程序，用于顶点和像素处理。英伟达预见到了未来的发展方向：GPU 不仅可以提升图形性能，还能成为可编程的并行计算引擎。与此同时，研究人员很快就提出了疑问：“如果 GPU 能运行用于图形处理的小程序，那我们能否将其用于非图形任务呢？”斯坦福大学的 BrookGPU 项目是早期对此进行的重要尝试之一。Brook 引入了一种编程模型，使 CPU 能够将计算任务卸载到 GPU 上，这一关键理念为 CUDA 的诞生奠定了基础。这一举措具有战略意义且极具变革性。英伟达没有把计算当作一项附带实验，而是将其列为首要任务，将 CUDA 深度融入其硬件、软件和开发者生态系统中。CUDA 并行编程模型2006 年，英伟达推出 CUDA（统一计算设备架构），这是首个面向 GPU 的通用编程平台。CUDA 编程模型由两部分组成：“CUDA 编程语言” 和 “英伟达驱动程序”。CUDA 是一个分层堆栈，需要从驱动程序到内核的深度集成CUDA 语言源自 C++，并进行了扩展，以直接暴露 GPU 的底层特性，例如 “GPU 线程” 和内存等概念。程序员可以使用该语言定义 “CUDA 内核”，这是一种在 GPU 上运行的独立计算任务。下面是一个非常简单的示例：CUDA 内核允许程序员定义自定义计算，这些计算可以访问本地资源（如内存），并将 GPU 用作高速并行计算单元。这种语言会被翻译成 “PTX”，PTX 是一种汇编语言，是英伟达 GPU 支持的最低级接口。但是程序究竟如何在 GPU 上执行代码呢？这就要用到英伟达驱动程序了。它充当 CPU 和 GPU 之间的桥梁，负责处理内存分配、数据传输和内核执行。以下是一个简单示例：请注意，这些操作都非常底层，充满了繁杂的细节（如指针和 “幻数（magic numbers）”）。如果出现错误，通常会以难以理解的程序崩溃形式提示。此外，CUDA 还暴露了许多英伟达硬件特有的细节，例如 “warp 中的线程数”（这里暂不深入探讨）。尽管存在这些挑战，但这些组件让整整一代硬核程序员能够利用 GPU 强大的计算能力来解决数值问题。例如，2012 年 AlexNET 点燃了现代深度学习的火种。它之所以能够实现，得益于用于卷积、激活、池化和归一化等人工智能操作的自定义 CUDA 内核，以及 GPU 提供的强大算力。虽然大多数人听到 “CUDA” 时，通常想到的是 CUDA 语言和驱动程序，但这远不是 CUDA 的全部，它们只是其中的一部分。随着时间的推移，CUDA 平台不断发展，涵盖的内容越来越多，而最初的首字母缩写词（CUDA）已经无法准确描述其全部意义。高级 CUDA 库：让 GPU 编程更易上手CUDA 编程模型为通用 GPU 计算打开了大门，功能强大，但它带来了两个挑战：CUDA 使用难度较大。更糟糕的是，CUDA 在性能可移植性方面表现不佳。为第 N 代 GPU 编写的大多数内核在第 N + 1 代 GPU 上仍能 “继续运行”，但性能往往较差，远达不到第 N + 1 代 GPU 的峰值性能，尽管 GPU 的优势就在于高性能。这使得 CUDA 成为专业工程师的有力工具，但对大多数开发者来说，学习门槛较高。这也意味着每次新一代 GPU 推出时（例如现在新出现的 Blackwell 架构），都需要对代码进行大量重写。随着英伟达的发展，它希望 GPU 对那些在各自领域是专家，但并非 GPU 专家的人也有用。英伟达解决这一问题的方法是开始构建丰富而复杂的闭源高级库，这些库抽象掉了 CUDA 的底层细节，其中包括：cuDNN（2014 年推出）—— 加速深度学习（例如卷积、激活函数运算）。cuBLAS—— 优化的线性代数例程。cuFFT—— 在 GPU 上进行快速傅里叶变换（FFT）。以及许多其他库。有了这些库，开发者无需编写自定义 GPU 代码就能利用 CUDA 的强大功能，英伟达则承担了为每一代硬件重写这些库的工作。这对英伟达来说是一项巨大的投资，但最终取得了成效。cuDNN 库在这一过程中尤为重要，它为谷歌的 TensorFlow（2015 年推出）和 Meta 的 PyTorch（2016 年推出）铺平了道路，推动了深度学习框架的兴起。虽然此前也有一些人工智能框架，但这些是首批真正实现规模化应用的框架。现代人工智能框架中包含数千个 CUDA 内核，每个内核都极难编写。随着人工智能研究的爆发式增长，英伟达积极扩展这些库，以涵盖重要的新应用场景。图片CUDA 上的 PyTorch 建立在多层依赖关系之上英伟达对这些强大的 GPU 库的投入，使得全球开发者能够专注于构建像 PyTorch 这样的高级人工智能框架，以及像 HuggingFace 这样的开发者生态系统。他们的下一步是打造开箱即用的完整解决方案，让开发者完全无需了解 CUDA 编程模型。全面的垂直解决方案助力AI和GenAI快速发展人工智能的热潮远远超出了研究实验室的范畴，如今它无处不在。从图像生成到聊天机器人，从科学发现到代码助手，生成式人工智能（GenAI）在各个行业蓬勃发展，为该领域带来了大量新应用和开发者。与此同时，出现了一批新的人工智能开发者，他们有着截然不同的需求。在早期，深度学习需要精通 CUDA、高性能计算（HPC）和底层 GPU 编程的专业工程师。如今，一种新型开发者（通常称为人工智能工程师）在构建和部署人工智能模型时，无需接触底层 GPU 代码。为了满足这一需求，英伟达不仅提供库，还推出了交钥匙解决方案，将底层的一切细节都抽象掉。这些框架无需开发者深入了解 CUDA，就能让人工智能开发者轻松优化和部署模型。Triton Serving—— 一种高性能的人工智能模型服务系统，使团队能够在多个 GPU 和 CPU 上高效运行推理。TensorRT—— 一种深度学习推理优化器，可自动调整模型，使其在英伟达硬件上高效运行。TensorRT-LLM—— 一种更专业的解决方案，专为大规模大语言模型（LLM）推理而构建。以及许多（众多）其他工具。图片NVIDIA 驱动程序和 TensorRT-LLM 之间存在多个层这些工具完全屏蔽了 CUDA 的底层复杂性，让人工智能工程师能够专注于人工智能模型和应用，而无需关注硬件细节。这些系统提供了强大的支持，推动了人工智能应用的横向扩展。整体的 “CUDA 平台”CUDA 常被视为一种编程模型、一组库，甚至仅仅是 “英伟达 GPU 运行人工智能所依赖的东西”。但实际上，CUDA 远不止如此。它是一个统一的品牌，是一个真正庞大的软件集合，也是一个经过高度优化的生态系统，所有这些都与英伟达的硬件深度集成。因此，“CUDA” 这个术语含义模糊，我们更倾向于使用 “CUDA 平台” 这一表述，以明确我们所谈论的更像是 Java 生态系统，甚至是一个操作系统，而不仅仅是一种编程语言和运行时库。图片CUDA 的复杂性不断扩大：涵盖驱动程序、语言、库和框架的多层生态系统从核心来看，CUDA 平台包括：庞大的代码库：经过数十年优化的 GPU 软件，涵盖从矩阵运算到人工智能推理的所有领域。广泛的工具和库生态系统：从用于深度学习的 cuDNN 库到用于推理的 TensorRT，CUDA 涵盖了大量的工作负载。针对硬件优化的性能：每次 CUDA 发布都会针对英伟达最新的 GPU 架构进行深度优化，确保实现顶级效率。专有且不透明：当开发者与 CUDA 的库 API 交互时，底层发生的很多操作都是闭源的，并且与英伟达的生态系统紧密相连。CUDA 是一套强大且庞大的技术体系，是整个现代 GPU 计算的软件平台基础，其应用甚至超越了人工智能领域。CUDA平台的演进史，实为一部软硬件协同进化的史诗——从可编程着色器的萌芽到万亿级AI生态的崛起，英伟达用二十年时间构筑起层层嵌套的技术护城河。这座由数亿行优化代码堆砌的巴别塔，既成就了深度学习革命的算力基石，也暴露出行业深陷路径依赖的隐忧。DeepSeek绕过CUDA直抵PTX层的突破，犹如刺破云层的闪电，揭示了一个关键真相：当硬件创新进入深水区，软件栈的范式革命可能比晶体管密度更具颠覆性。当前AI竞赛的本质，早已超越单纯算力的军备较量，演变为生态系统重构权的争夺。正如LLVM曾打破编译器的垄断格局，MLIR等新一代基础设施正悄然重塑计算范式。行业的真正瓶颈不在于芯片的物理极限，而在于如何构建开放、可移植的创新土壤——这要求我们以更底层的思维解构CUDA神话，在编译器、中间件与开发者体验的交叉点上寻找突破口。历史的经验反复印证：每一次计算民主化的浪潮，终将由那些敢于跳出既有框架、用算法效率对冲硬件鸿沟的颠覆者引领。此刻，我们正站在算力平权时代的门槛上，答案或许就藏在软件与硬件的缝隙之间。","news_type":1,"symbols_score_info":{}},"isVote":1,"tweetType":1,"viewCount":2943,"commentLimit":10,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false,"reportStatus":false,"symbols":["AAPL"],"verified":2,"subType":0,"readableState":1,"langContent":"CN","currentLanguage":"CN","warmUpFlag":false,"orderFlag":false,"shareable":true,"causeOfNotShareable":"","featuresForAnalytics":[],"commentAndTweetFlag":false,"andRepostAutoSelectedFlag":false,"upFlag":false,"length":174,"optionInvolvedFlag":false,"xxTargetLangEnum":"ZH_CN"},"commentList":[],"hasMoreComment":false,"orderType":2}