深入Linux GPU-AMD GPU渲染與AI技術實踐 9787121503269 劉京洋 趙新達

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書名：深入Linux GPU-AMD GPU渲染與AI技術實踐
ISBN：9787121503269
出版社：電子工業
著編譯者：劉京洋 趙新達
頁數：xxx
所在地：中國大陸 *此為代購商品
書號：1745090
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內容簡介
近年來，隨著國產Linux桌面系統的逐步推廣、使用Linux內核的Android系統的發展和使用Linux服務器的雲遊戲服務的普及，Linux下的實時渲染應用越來越廣。同時隨著大模型計算的蓬勃發展，顯卡越來越成為計算系統的核心組件。但是Linux下的渲染架構與顯卡驅動一直缺少資料。本書以AMD顯卡為例，主要闡述顯卡計算的原理和顯卡驅動的組織方式，並對Linux用戶空間到內核空間的渲染架構的原理和變化進行了深入解釋。包括了從X到Wayland和Android的圖形架構的變化和渲染API的系統層工作原理。同時闡述了大模型計算的底層硬件原理。本書主要基於AMD顯卡和Linux下的開源驅動，從用戶空間驅動、內核空間驅動、固件和顯卡硬件四個方向分析現代顯卡的渲染與計算的工作原理。第1章 與第2章 主要介紹顯卡用於渲染、計算和合成的硬件結構；第3章 與第4章 主要介紹用戶空間驅動；第5章 到第8章 主要介紹顯卡內核空間驅動，其中，第5章 系統性地介紹AMD顯卡內核空間驅動的架構，第6章 主要介紹顯卡的GPU任務調度器，第7章 與第8章 主要關注顯存管理；第9章 主要分析顯卡的頻率、電壓與功耗的關係；第10章 主要介紹顯卡在大規模AI計算中的應用與性能優化。遊戲與渲染相關開發人員、桌面操作系統的開發人員、希望瞭解GPU計算原理的AI計算開發人員、希望學習顯示架構和AI計算的大學生。

作者簡介
劉京洋，歷任網易、華為、騰訊三司技術專家，有39個發明專利，著有《深入Linux內核架構與底層原理》（二版）。長期工作在國內一線科技公司從事Linux內核領域的研發工作，精通Linux內核的各個子系統。近年來隨著顯卡計算的發展，主要精力投入到顯卡計算方向。目前在騰訊前沿技術中心從事雲端實時渲染計算和顯卡集群AI計算研發工作。趙新達，2006年碩士畢業于浙江大學，擁有18年GPU領域經驗。先後在VIA、AMD、INTEL和騰訊公司從事GPU相關研發，專注於GPU Display、2D、3D和虛擬化技術。近年來，專注于雲遊戲開發，負責硬件平臺選型、開發和上線，以及雲遊戲的渲染性能優化和兼容性相關開發工作，與此同時，擔任IEEE雲遊戲國際標準工作組組長。

目錄

目錄

第1章 顯卡的硬件結構 1
1 1 AMD顯卡的歷史與核心技術 1
1 1 1 GCN與RDNA 1
1 1 2 顯卡的分類 2
1 1 3 AMD顯卡的主要技術 3
1 2 顯卡的計算硬件結構 6
1 2 1 CPU與GPU的硬件區別 6
1 2 2 著色器的執行硬件 7
1 2 3 顯卡指令集 8
1 2 4 SIMT、SIMD與SMT 9
1 2 5 SPU、SIMD與CU 10
1 2 6 線程、Wave與工作組 12
1 2 7 GCN的並行問題和RDNA的解決辦法 13
1 2 8 SE 15
1 2 9 顯卡並行的性能問題 16
1 3 顯卡的硬件圖形管線 17
1 3 1 圖形流水線 17
1 3 2 硬件管線的低功耗：IMR、TBR與TBDR 20
1 3 3 顯卡的壓縮紋理 27
1 3 4 硬件圖形管線的計算著色器通用化 29
1 4 顯卡的內存硬件結構 31
1 4 1 獨立顯卡與集成顯卡的顯存區別 31
1 4 2 顯卡內部的內存結構 32
1 4 3 顯存的分類 34
1 4 4 內存的檢測和糾正 36
1 5 顯卡的顯示輸出 38
1 5 1 顯示方式 38
1 5 2 DCC與EDID 39
第2章 合成與顯示 41
2 1 DRI 41
2 1 1 非直接渲染 41
2 1 2 DRI1 42
2 1 3 DRI2 43
2 1 4 DRI3 44
2 2 X、Wayland、SurfaceFlinger與WindowManager 45
2 2 1 X 45
2 2 2 Wayland 47
2 2 3 SurfaceFlinger與WindowManager 49
2 3 FrameBuffer與送顯 51
2 3 1 FrameBuffer 51
2 3 2 Android的FrameBuffer管理 53
2 3 3 送顯與DC 55
2 4 合成與DPU、VPU 61
2 5 Linux內核的合成與送顯：KMS 64
2 5 1 KMS與送顯 64
2 5 2 KMS的主要組件 65
2 5 3 KMS送顯結構的創建 69
2 6 DRI在未來雲化渲染的新挑戰與趨勢 70
2 6 1 離屏渲染的發展 70
2 6 2 Android手遊的雲端運行 72
第3章 三維圖形渲染管線 78
3 1 三維渲染中的三維坐標與模型文件表示 78
3 1 1 坐標系統 78
3 1 2 頂點表示與obj模型文件的格式 79
3 2 DirectX、OpenGL與Vulkan 80
3 2 1 DirectX 80
3 2 2 OpenGL 83
3 2 3 Vulkan 85
3 3 Vulkan API的整體架構 88
3 3 1 Vulkan管理組件 88
3 3 2 Vulkan管線組件 90
3 3 3 Vulkan資源組件：VkBuffer與VkImage 93
3 3 4 Vulkan同步組件 96
3 4 Vulkan與AMD GPU驅動之間的功能映射關係 103
3 4 1 Vulkan：渲染硬件的用戶空間驅動接口 103
3 4 2 顯卡與隊列 103
3 4 3 VkDeviceMemory 108
3 4 4 BO與Vulkan資源的使用：管線拓撲 113
3 4 5 job與VkCommandBuffer 115
3 4 6 Vulkan通用計算與AMD顯卡的硬件並行結構 116
第4章 用戶空間渲染驅動 119
4 1 OpenGL與Vulkan的運行時 119
4 1 1 OpenGL與EGL 119
4 1 2 Vulkan 122
4 2 libdrm與KMS用戶空間接口 124
4 2 1 libdrm 124
4 2 2 KMS用戶空間接口 126
4 3 用戶空間渲染驅動：Mesa 130
4 3 1 用戶空間渲染驅動框架：Gallium3D 130
4 3 2 AMD Vulkan實現：RADV 133
4 3 3 其他渲染API實現 134
4 3 4 著色器 134
4 4 軟管線：swrast與SwiftShader 136
4 4 1 Mesa的軟管線：swrast 136
4 4 2 Google的軟管線：SwiftShader 137
4 4 3 SwiftShader與Lavapipe的對比 139
4 5 渲染API的自動化生成：FrameGraph 140
4 5 1 RenderPass與FrameGraph的產生 140
4 5 2 FrameGraph下的Vulkan使用方式 140
第5章 DRM與AMD GPU顯卡驅動 142
5 1 DRM子系統 142
5 1 1 KMS、GEM與TTM、SCHED 142
5 1 2 DRM ioctl標準接口 143
5 1 3 DRM的模塊參數 146
5 1 4 DRM與閉源驅動的現狀 147
5 2 AMD顯卡驅動AMD GPU 147
5 2 1 AMD顯卡驅動 147
5 2 2 AMD GPU的用戶空間接口 151
5 3 IP模塊與顯卡固件 153
5 3 1 IP模塊 153
5 3 2 顯卡固件 159
5 4 顯卡命令執行隊列 160
5 4 1 PM4數據包與CP 160
5 4 2 PM4的格式 162
5 5 中斷與異常 163
5 5 1 AMD顯卡的中斷結構 163
5 5 2 顯卡的異常處理：GPU Reset 164
5 6 AMD GPU使用的Linux公共子框架 165
5 6 1 傳感器與硬件監控框架 165
5 6 2 PCIe BAR 168
第6章 GPU任務調度器 172
6 1 job與GPU任務調度器 172
6 1 1 job與GPU任務調度器的概念 172
6 1 2 Entity與Entity優先級隊列 172
6 1 3 GPU任務調度器 173
6 2 Fence、DMA Reservation與DMA-BUF 174
6 2 1 Fence 174
6 2 2 DMA Reservation 178
6 2 3 DMA-BUF 185
6 3 job的下發：GPU調度器線程 187
6 3 1 GPU調度器線程的主要回調函數 187
6 3 2 GPU調度器線程的主體邏輯 189
6 3 3 DRM Sched Fence與job異常處理 196
6 3 4 AMD GPU的Entity擴展 197
6 4 job的產生 198
6 4 1 GPU調度器線程負載均衡 198
6 4 2 job的ioctl入口 200
6 5 GPU任務調度器的內部結構 202
6 5 1 GPU調度器線程的主要數據結構 202
6 5 2 AMD GPU的調度上下文 204
第7章 GEM、TTM與AMD GPU對象 208
7 1 GEM與TTM的整體概念 208
7 1 1 GEM與TTM 208
7 1 2 BO的類型與關係 209
7 1 3 用於CPU渲染的VGEM 210
7 2 顯存類型：GEM Domain與TTM Place 210
7 2 1 GEM Domain 210
7 2 2 TTM Place 212
7 3 GEM BO、TTM BO與AMD GPU BO 216
7 3 1 GEM BO 216
7 3 2 TTM BO 218
7 3 3 AMD GPU BO 219
7 4 TTM BO的創建與內存分配 223
7 4 1 TTM BO的創建 223
7 4 2 TTM內存分配管理器 225
7 4 3 TTM系統內存的非固定映射管理器：struct ttm_tt 228
7 5 TTM的顯存交換機制：Evict 230
7 5 1 Evict的作用 230
7 5 2 Evict的流程 230
7 6 BO的CPU映射訪問 234
7 6 1 GEM BO的mmap映射 234
7 6 2 TTM BO的CPU內存訪問操作 236
7 6 3 Resizable BAR 237
第8章 應用使用的顯卡地址空間：GPUVM 239
8 1 GPU的地址空間：GPUVM與VMID 239
8 1 1 前IOMMU時代：UMA與GART 239
8 1 2 現代AMD GPU的內存訪問：GPUVM 240
8 1 3 GPUVM的地址空間：VMID 241
8 1 4 PASID與VMID的映射 244
8 2 VMID頁表與BO狀態機 245
8 2 1 VMID頁表 245
8 2 2 BO狀態機 249
第9章 功率控制 252
9 1 結溫與溫度牆 252
9 1 1 結溫與溫度牆的定義 252
9 1 2 硬件之間的協作防撞溫度牆 254
9 1 3 軟件與硬件協作防撞溫度牆 257
9 2 功耗與散熱 257
9 2 1 功耗的組成：靜態功耗與動態功耗 257
9 2 2 散熱的原理 260
9 3 電壓與頻率 266
9 3 1 供電電壓 266
9 3 2 運行電壓 268
9 3 3 頻率 271
9 3 4 製造工藝的頻率電壓價值 272
9 4 顯存訪問的吞吐與延遲 272
9 4 1 顯存的結構 272
9 4 2 吞吐與延遲 273
9 4 3 RAS 275
9 5 顯卡超頻 276
9 5 1 超頻的原理 276
9 5 2 AMD GPU超頻 278
9 6 動態功耗調整 280
9 6 1 DVFS與DPM 280
9 6 2 功能開關的功耗控制技術 283
9 6 3 其他的顯卡功耗控制技術 283
9 7 VBIOS與Atom BIOS 283
9 7 1 VBIOS

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