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高性能并行计算与硬件加速 异构计算架构原理

共计 30 章节
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01
课程导入
高性能并行计算与异构计算的定义 · 发展历程 · 应用领域（科学计算
课程导入高性能并行计算
02
并行计算基础
并行性类型（指令级 · 数据级 · 任务级）
并行计算基础并行性类型
03
硬件架构基础
CPU · GPU · FPGA
硬件架构基础CPU
04
异构计算架构概述
异构系统的组成（CPU+GPU/FP… · 异构编程模型（OpenCL · CUDA
异构计算架构概述CPU+GPU/FP
05
GPU架构与CUDA编程
GPU硬件架构（SM · 线程束 · 内存层次）
GPUCUDA
06
CUDA进阶
共享内存与同步 · 原子操作 · 流与并发
CUDA进阶
07
OpenCL与跨平台异构编程
OpenCL平台模型 · 执行模型 · 内存模型
OpenCL跨平台异构编程
08
HIP与AMD ROCm
HIP编程模型 · 从CUDA迁移到HIP · ROCm生态与工具链
HIPAMD
09
SYCL与DPC++
SYCL标准 · DPC++编程模型 · 单源异构编程与性能可移植性
SYCLDPC++
10
FPGA并行计算
FPGA架构与硬件编程（HLS） · OpenCL for FPGA · FPGA在加速深度学习与信号处理中的…
FPGA并行计算
11
多核CPU并行编程
OpenMP多线程编程 · MPI分布式编程 · 混合并行（MPI+OpenMP）及性…
CPU多核
12
异构内存管理
统一虚拟内存（UVM） · 内存池 · 零拷贝技术
异构内存管理UVM
13
任务调度与负载均衡
异构任务图 · 动态调度算法 · 静态调度策略
任务调度负载均衡
14
性能分析与调试工具
NVIDIA Nsight · AMD ROCm Profiler · Intel VTune
性能分析调试工具
15
并行算法设计
分治 · 流水线 · 几何分解
并行算法设计分治
16
深度学习加速
CNN/RNN在GPU/FPGA上的… · Tensor Core与Winogr… · 推理引擎（TensorRT
深度学习加速CNN/RNN
17
科学计算案例
矩阵乘法 · FFT · 分子动力学模拟在异构平台上的并行实现…
科学计算案例矩阵乘法
18
大数据与图计算加速
图算法（BFS · PageRank）在GPU上的并行实… · GNN加速
大数据图计算加速
19
异构计算中的通信与同步
核间通信 · 全局同步 · 异步操作
异构计算通信
20
功耗与能效优化
功耗模型 · 动态电压频率调整（DVFS） · 能效感知调度
功耗能效优化
21
异构系统集成与互连
NVLink · PCIe · CXL
异构系统集成互连
22
云与分布式异构计算
异构云实例 · 容器化部署（Docker/Kuber… · 分布式异构框架（Ray
分布式异构计算异构云实例
23
边缘与嵌入式异构计算
Jetson · Edge TPU · 嵌入式FPGA
边缘嵌入式异构计算
24
常见问题与调试技巧
内存错误 · 死锁 · 数据竞争
常见问题调试技巧
25
性能优化方法论
Roofline模型 · 瓶颈分析 · 优化优先级
性能优化方法论Roofline
26
综合实战项目（一）
基于CUDA的并行图像处理系统（滤波 · 边缘检测）从设计到优化
综合实战项目CUDA
27
综合实战项目（二）
基于OpenCL的跨平台矩阵运算库 · 支持CPU/GPU/FPGA · 并对比性能
综合实战项目OpenCL
28
综合实战项目（三）
基于FPGA的实时信号处理加速器（如…
综合实战项目FPGA
29
前沿趋势
Chiplet · 存内计算 · 量子计算与异构计算融合
前沿趋势Chiplet
30
课程总结与进阶路径
核心知识回顾 · 常见面试题解析 · 推荐书籍与
课程总结进阶路径