使用Python写CUDA程序
使用Python写CUDA程序
使用Python写CUDA程序有两种方式：
numbapro现在已经不推荐使用了，功能被拆分并分别被集成到accelerate和Numba了。
例子
numba
Numba通过及时编译机制（JIT）优化Python代码，Numba可以针对本机的硬件环境进行优化，同时支持CPU和GPU的优化，并且可以和Numpy集成，使Python代码可以在GPU上运行，只需在函数上方加上相关的指令标记，如下所示：
import numpy as np
from timeit import default_timer as timer
from numba import vectorize
@vectorize(["float32(float32, float32)"], target='cuda')
def vectorAdd(a, b):
return a + b
def main():
N = 320000000
A = np.ones(N, dtype=np.float32 )
B = np.ones(N, dtype=np.float32 )
C = np.zeros(N, dtype=np.float32 )
start = timer()
C = vectorAdd(A, B)
vectorAdd_time = timer() - start
print("c[:5] = " + str(C[:5]))
print("c[-5:] = " + str(C[-5:]))
print("vectorAdd took %f seconds " % vectorAdd_time)
if __name__ == '__main__':
main()
PyCUDA
PyCUDA的内核函数（kernel）其实就是使用C/C++编写的，通过动态编译为GPU微码，Python代码与GPU代码进行交互，如下所示：
import pycuda.autoinit
import pycuda.driver as drv
import numpy as np
from timeit import default_timer as timer
from pycuda.compiler import SourceModule
mod = SourceModule("""
__global__ void func(float *a, float *b, size_t N)
{
const int i = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
if (i >= N)
{
return;
}
float temp_a = a[i];
float temp_b = b[i];
a[i] = (temp_a * 10 + 2 ) * ((temp_b + 2) * 10 - 5 ) * 5;
// a[i] = a[i] + b[i];
}
""")
func = mod.get_function("func")
def test(N):
# N = 1024 * 1024 * 90 # float: 4M = 1024 * 1024
print("N = %d" % N)
N = np.int32(N)
a = np.random.randn(N).astype(np.float32)
b = np.random.randn(N).astype(np.float32)
# copy a to aa
aa = np.empty_like(a)
aa[:] = a
# GPU run
nTheads = 256
nBlocks = int( ( N + nTheads - 1 ) / nTheads )
start = timer()
func(
drv.InOut(a), drv.In(b), N,
block=( nTheads, 1, 1 ), grid=( nBlocks, 1 ) )
run_time = timer() - start
print("gpu run time %f seconds " % run_time)
# cpu run
start = timer()
aa = (aa * 10 + 2 ) * ((b + 2) * 10 - 5 ) * 5
run_time = timer() - start
print("cpu run time %f seconds " % run_time)
# check result
r = a - aa
print( min(r), max(r) )
def main():
for n in range(1, 10):
N = 1024 * 1024 * (n * 10)
print("------------%d---------------" % n)
test(N)
if __name__ == '__main__':
main()
对比
numba使用一些指令标记某些函数进行加速（也可以使用Python编写内核函数），这一点类似于OpenACC，而PyCUDA需要自己写kernel，在运行时进行编译，底层是基于C/C++实现的。通过测试，这两种方式的加速比基本差不多。但是，numba更像是一个黑盒，不知道内部到底做了什么，而PyCUDA就显得很直观。因此，这两种方式具有不同的应用：
- 如果只是为了加速自己的算法而不关心CUDA编程，那么直接使用numba会更好。
- 如果为了学习、研究CUDA编程或者实验某一个算法在CUDA下的可行性，那么使用PyCUDA。
- 如果写的程序将来要移植到C/C++，那么就一定要使用PyCUDA了，因为使用PyCUDA写的kernel本身就是用CUDA C/C++写的。
