技术文档

本文档系统性地介绍了现代GPU和ASIC编译器技术，从基础理论到实际应用，涵盖MLIR、LLVM以及各种硬件加速器的编译器实现。

📚 学习路径

1. 基础理论篇

• 编译器原理基础
  • 词法分析、语法分析、语义分析
  • 中间代码生成与优化
  • 目标代码生成
  • 寄存器分配与指令调度

2. MLIR 多级中间表示

• MLIR 核心概念
  • Dialect 系统设计
  • Operation、Type、Attribute
  • Region 和 Block 概念
  • Pass 管理器
• MLIR 实战应用
  • 自定义 Dialect 开发
  • Lowering 策略
  • 代码生成与优化

3. LLVM 编译器基础设施

• LLVM IR 深入理解
  • SSA 形式与基本块
  • 指令集架构
  • 元数据系统
• LLVM 优化框架
  • Pass 系统架构
  • 分析与变换
  • 目标无关优化

4. GPU 编译器技术

• CUDA 编译器链
  • NVCC 编译流程
  • PTX 中间表示
  • SASS 汇编代码
• OpenCL 编译器
  • SPIR-V 中间表示
  • 运行时编译
• 现代GPU架构编译优化
  • 内存层次优化
  • 线程块调度
  • 寄存器分配策略

5. ASIC 编译器技术

• 高层次综合 (HLS)
  • C/C++ 到 RTL 转换
  • 流水线优化
  • 资源约束与调度
• 专用指令集架构
  • DSA 设计原则
  • 指令集定义
  • 编译器后端实现

6. 硬件架构深入

• GPU 架构分析
  • NVIDIA GPU 架构演进
  • AMD RDNA 架构
  • Intel GPU 架构
• AI 加速器架构
  • TPU 架构分析
  • NPU 设计原理
  • 数据流架构
• FPGA 与可重构计算
  • FPGA 架构基础
  • 高层次综合工具
  • 动态重构技术

🛠️ 实践项目

项目一：MLIR Dialect 开发

构建一个简单的张量操作 Dialect，实现基本的线性代数运算。

项目二：GPU 内核优化

使用 LLVM 工具链优化 CUDA 内核，分析性能瓶颈。

项目三：ASIC 编译器原型

设计并实现一个简单的 DSA 编译器后端。

📖 推荐阅读

• 经典教材

  • “Compilers: Principles, Techniques, and Tools” (龙书)
  • “Engineering a Compiler”
  • “Modern Compiler Implementation”

• 技术论文

  • MLIR 相关论文集
  • GPU 编译优化论文
  • ASIC 设计方法论

• 开源项目

  • LLVM Project
  • MLIR Project
  • TensorFlow XLA
  • PyTorch Glow