從公司架構理解GPU架構

想象一個GPU就像一家大型科技公司，它的任務是處理圖形和計算任務（“干活”）。

硬件概念	公司架構比喻	作用和特點
Platform (平臺)	集團公司	最大的獨立實體。比如谷歌Alphabet是一個集團公司，它旗下有谷歌、Waymo、Verily等子公司(Platform)。每個子公司（Platform）在法律和財務上是獨立的。在電腦里，插兩塊不同型號的顯卡，就是兩個獨立的Platform。
Die (芯片)	子公司的大型辦公樓	一個子公司（Platform）可能在一棟巨大的辦公樓(Die)里辦公。這棟樓里有自己的基礎設施（供電、網絡）。樓和樓之間通過高速公路(Socket/Interposer)連接。一棟樓可以容納很多部門(Device)。
Device (設備)	部門或團隊	一棟辦公樓(Die)里會有很多不同的部門（Device），比如搜索部門、廣告部門、YouTube部門。每個部門相對獨立，有自己的項目管理和資源，但共享整棟樓的基礎設施（食堂、網絡端口）。
Core (核心)	項目組	一個部門(Device)里會有多個項目組(Core)，比如廣告部門下有“精準投放組”、“數據分析組”。每個組都能獨立完成一個任務。
Cluster (簇)	組內的工程師	一個項目組(Core)不是一個人，它是由多名工程師(Cluster)組成的。一個Cluster就是最基礎的計算單元。組里工程師越多（Cluster越多），這個組的整體戰斗力就越強。
MMU/Page Table (頁表)	公司的權限管理系統	規定了哪個部門(Device)、哪個項目組(Core)能訪問公司的哪些機密數據和資源（內存地址）。共享頁表就是讓兩個部門共用一套權限規則，它們能看到同一份數據。

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詳細講解每個硬件概念

1. Die (芯片)

• 是什么： 這是一片獨立的硅晶片，就是我們通常意義上說的“芯片”。它是在工廠里一次性制造出來的。
• 為什么重要： 制造非常大的芯片（巨型Die）良品率很低，成本極高。就像蓋一棟超大的摩天大樓，難度和風險都很高。
• 解決方案： 現代GPU（如AMD的RX 7000系列，NVIDIA的H100）采用Chiplet（小芯片）設計：Instead of building one gigantic die, they package multiple smaller dies together onto a single carrier (封裝基板)。這些dies之間通過超高速內部總線（如Infinity Fabric, NVLink）通信。

• dieIDs=0,0,1,1?表示這個Platform由兩個Dies組成，第一個Die上有兩個Device（ID 0和1），第二個Die上也有兩個Device（ID 2和3）。

2. Cluster (簇) 和 Core (核心)

這兩個概念容易混淆，但它們是一個層級關系。

• Core (核心)：
  • 這是一個功能完整的處理單元。你可以把它想象成一個獨立的“大腦”，能夠接收、處理并完成一整個任務（比如渲染一個復雜的物體）。
  • 一個GPU包含很多個這樣的Cores，它們并行工作，實現強大的性能。
• Cluster (簇):
  • 這是組成一個Core的最基本計算單元。一個Core內部包含很多個完全相同的Clusters。
  • 每個Cluster都包含算術邏輯單元(ALU)，負責進行最基礎的數學運算（加減乘除）。
  • 為什么這樣設計？ 這是一種高效的設計哲學。設計一個強大的、復雜的單一Core很難。Instead, 設計一個簡單小巧的Cluster，然后在一個Core內部復制幾十個這樣的Cluster，讓它們協同工作，效率更高。這就像一支軍隊，不是靠一個超人，而是靠成千上萬訓練有素的士兵組成方陣。
• 關系類比：
  • Core = 一個完整的交響樂團。它能演奏一整首交響樂（處理一個完整任務）。
  • Cluster = 樂團里的一位小提琴手。他只會拉小提琴（做基礎運算），但很多位小提琴手一起工作，就能奏出恢弘的樂章。
  • userClusterMasks： 這個參數就是用來配置每個樂團（Core）里，哪些樂手（Cluster）今天來上班。0x7f (二進制 01111111) 意味著這個Core內部的128個Clusters中，低7位對應的Cluster被啟用了（比如啟用了7個），其他的被禁用了。這用于模擬部分硬件損壞或節能配置。

3. MMU 和 Page Table (內存管理單元和頁表)

• 是什么： MMU是內存管理單元，Page Table是頁表，它們是CPU和GPU中至關重要的組件。
• 作用：
  1. 虛擬內存： 程序看到的內存地址（虛擬地址）和實際的物理內存地址是不同的。MMU負責在兩者之間進行翻譯。
  2. 隔離與保護： 確保程序A不能胡亂訪問程序B的內存數據，否則系統會崩潰。
  3. 共享內存： 也可以讓多個程序（或多個GPU Device）安全地訪問同一塊物理內存。
• combineDevIDs 的作用：
  • 每個Device通常有自己獨立的MMU和頁表，這意味著它們看到的“內存世界”是隔離的。
  • 如果想讓多個Device（比如Die0上的Device0和Die1上的Device1）緊密合作，共同處理一個超大的任務，它們就需要共享同一塊內存數據。
  • 如何共享？ 就是讓它們的MMU使用同一份頁表。這樣，它們對同一個虛擬地址的訪問會被翻譯到同一個物理地址上。
  • combineDevIDs=0,0,1,2 就是在設置：誰和誰共享誰的頁表。這相當于在公司的權限系統里，把幾個部門的權限合并了，讓他們可以共同操作同一個項目的數據。