一篇文章理清GPU、CUDA、CUDA Toolkit、cuDNN的关系

一篇文章理清GPU、CUDA、CUDA Toolkit、cuDNN的关系

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/weixin_45756161/article/details/143331929

本文将帮助读者理清GPU、CUDA、CUDA Toolkit和cuDNN之间的关系，并提供详细的安装步骤。文章内容主要面向需要使用GPU进行深度学习开发的技术人员。

GPU&驱动

说明

GPU是一个硬件，只需要在合适的主板位置接口上进行安装即可，在电气层面上，只要GPU接入到主板上，主板就能意识到有一个新的硬件设备加入进来，但是对于计算机操作系统来说，此时，并不能识别到新加入的硬件设备，需要安装GPU驱动，才可以使得OS识别到GPU。所以，显卡驱动的作用就是让计算机操作系统识别到GPU，驱动作为软硬件之间的API。

安装

说明：当拿到GPU服务器之后，肯定都已经预安装显卡驱动，只需要运行nvidia-smi这一命令即可，当出现GPU详细信息，说明已经安装显卡驱动，就不用再安装了。下面的安装针对如何在个人电脑上进行安装GPU驱动，针对Ubuntu系统，其他系统请自行百度。

• 查看自己电脑的显卡型号所推荐安装的nvidia驱动

ubuntu-drivers devices

• 有个recommended的就是推荐安装的驱动，如果就想安装推荐驱动，直接运行下面命令，无需进行任何其它设置，就可以安装成功，安装成功之后，需要重启，重启后，查看是否安装成功

sudo ubuntu-drivers autoinstall
sudo reboot
nvidia-smi

• 卸载显卡（当需要更换显卡的时候），首先打开软件和更新，选择使用独显来显示，不然直接从硬件换显卡会黑屏
• 选中后，应用更改，等待完成之后，进行重启，重启之后可以进入设置确认一下是否已经更换好，这里不再是nvidia的即可，可继续卸载显卡驱动了
  

sudo apt remove nvidia-*

• 接着就可以关机、拆显卡、装显卡、接好屏幕，开机，应用上述的教程即可安装新显卡对应的驱动

CUDA

说明

通过CUDA来使用显卡，CUDA就是操作系统与GPU之间的API接口。

• 人们可以通过07年推出的CUDA(Compute Unified Device Architecture)用代码来控制GPU进行并行计算
• CUDA提供了一套 API，允许开发者通过编写并行代码来高效利用 GPU 的计算资源。
• CUDA为开发者提供了基于 C/C++ 的 API，使用户能够直接控制 GPU 中的多线程执行，从而极大地加速计算任务

安装

说明：当拿到GPU服务器之后，系统CUDA大概率也都是预安装，这时，你只需要运行nvcc --version即可查看是否安装系统CUDA。下面的安装还是针对Ubuntu系统，其他系统请自行百度。

• 前提需要先安装好显卡驱动
• 进入官方下载网站下载cuda并安装
  https://developer.nvidia.com/cuda-downloads?target_os=Linux&target_arch=x86_64&Distribution=Ubuntu&target_version=20.04&target_type=deb_local

wget https://developer.download.nvidia.com/compute/cuda/repos/ubuntu2004/x86_64/cuda-ubuntu2004.pin
sudo mv cuda-ubuntu2004.pin /etc/apt/preferences.d/cuda-repository-pin-600
wget https://developer.download.nvidia.com/compute/cuda/12.6.0/local_installers/cuda-repo-ubuntu2004-12-6-local_12.6.0-560.28.03-1_amd64.deb
sudo dpkg -i cuda-repo-ubuntu2004-12-6-local_12.6.0-560.28.03-1_amd64.deb
sudo cp /var/cuda-repo-ubuntu2004-12-6-local/cuda-*-keyring.gpg /usr/share/keyrings/
sudo apt-get update
sudo apt-get -y install cuda-toolkit-12-6

• 接下来配置环境变量，先去/usr/local/目录下找到cuda的安装路径，然后配置环境变量

sudo gedit ~/.bashrc
export PATH=/usr/local/cuda-12/bin${PATH:+:${PATH}}
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/cuda-12/lib64${LD_LIBRARY_PATH:+:${LD_LIBRARY_PATH}}
export CUDA_HOME=/usr/local/cuda-12
# 更新系统环境
source ~/.bashrc
sudo ldconfig
# 验证是否成功
nvcc -V

CUDA Toolkit（最重要）

说明

Pytorch → CUDA → 显卡：通过CUDA这一平台，可以将指令发送到显卡上进行执行

• CUDA Toolkit都是在安装Pytorch时自动安装（必须使用Pytorch官网的安装命令），可以看到，无论是使用conda安装还是pip安装，都会自动将CUDA Toolkit安装到Python环境中去，系统安装CUDA和Pytorch安装的CUDA Toolkit是独立的，两者并不需要相互依赖，仅安装Pytorch和CUDAToolkit即可正常使用GPU
• 且当Pytorch运行时，会优先使用conda或者pip安装的CUDA Toolkit，而不是系统CUDA，因此，即使系统CUDA版本不同，Pytorch依然会使用其内部的CUDA Toolkit，两者的版本可以不同
• nvcc --version命令显示的是系统CUDA的版本，所以在大多数情况下并不是Pytorch使用的CUDA版本，这个时候需要通过代码来查看Pytorch代码使用的CUDA版本，可以看到，Pytorch使用的CUDA版本和系统的CUDA版本是不一致的
• 对于深度学习炼丹来说，从不严谨的角度来看，可以将系统CUDA和CUDA Toolkit视作两套并行的CUDA，一般我们不需要理会系统CUDA，因为它在服务器上也是默认安装的，只需要关心在安装Pytorch时，附加安装的CUDA Toolkit即可，没有系统CUDA，对于使用GPU也是没有影响的
• 如果在安装Pytorch时，没有将CUDA Toolkit安装上，这时候，如果系统CUDA已安装，且与你的Pytorch版本兼容，那么Pytorch就会直接调用系统CUDA运行时库，如果两者不兼容，例如你的 PyTorch 版本需要 CUDA 11.3，但系统安装的是 CUDA 10.2，则运行 PyTorch 的 GPU 加速时会报错，提示找不到 CUDA 相关库，这时需要重新安装Pytorch，并将CUDA Toolkit安装上去

import torch
# 检查 PyTorch 中 CUDA 是否可用
if torch.cuda.is_available():
    print("CUDA 已安装且可用")
    print("PyTorch CUDA 版本:", torch.version.cuda)
    print("当前使用的 GPU 设备:", torch.cuda.get_device_name(0))
else:
    print("CUDA 未安装或不可用")

安装

• 当激活对应的Python环境之后，去Pytorch官网复制下载命令，即可安装
• CUDA Toolkit中默认包含cuDNN，不需要再单独安装
• 但是系统CUDA是需要单独安装cuDNN

cuDNN

说明

全称是CUDA Deep Neural Network Library

• 是一个专门为深度学习设计的高效GPU加速库，提供了常用的神经网络操作（如卷积、池化、激活等）的高性能实现，对常用的深度学习操作进行了高度优化，通过直接调用cuDNN函数，深度学习框架（Pytorch等）可以利用GPU实现比-框架自带的基础CUDA实现-更加高效
• cuDNN是CUDA Toolkit的一部分，但独立于CUDA Toolkit发布，因此需要单独安装
• cuDNN并非强制安装，只是安装之后，可以显著加速许多计算密集的深度学习操作，尤其是CNN中的卷积、池化、激活、归一化等操作，大部分的深度学习框架（Pytorch、Tensorflow）在检测到cuDNN时会自动使用它，以提升GPU的计算效率，无需显式调用cuDNN的接口
• 通过下面的代码即可检查cuDNN是否安装成功以及是否可用

import torch
import torch.nn
print("cuDNN 是否可用:", torch.backends.cudnn.is_available())  # 检查 cuDNN 可用性

安装（仅限使用系统CUDA时安装）

说明：Python环境中安装Pytorch时会自动包含支持GPU加速的CUDAToolkit和cuDNN，不需要再单独安装。下面安装针对Linux系统，win系统请自行百度查询
https://developer.nvidia.cn/rdp/cudnn-archive

• 第一步下载对应cuda版本的cudnn的tar.xz文件
• 解压下载的cudnn.tar.xz文件
• 使用下面两条指令复制cudnn文件夹下的文件到/usr/local/cuda-xx/lib64/和/usr/local/cuda-xx/include/中

cp cuda/lib/* /usr/local/cuda-xx/lib64/
cp cuda/include/* /usr/local/cuda-xx/include/

• 拷贝完成后，我们可以使用如下的命令查看cuDNN的信息：

cat /usr/local/cuda-xx/include/cudnn_version.h | grep CUDNN_MAJOR -A 2