英伟达亲手终结CUDA「护城河」？传奇芯片架构师引发争议

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  新智元报道  

编辑：定慧

【新智元导读】一文看懂CUDA Tile背后的算盘与野心。

英伟达的CUDA，刚刚宣布了该平台诞生20年来最重大的一次更新！

其中，最核心也是最颠覆性的更新的就是CUDA Tile，让开发者可以用Python代替C++写内核代码。

在CUDA 13.1版本中，他们引入了一种叫做CUDA Tile的技术——一种全新的显卡代码编写方式，让整个过程更省事，更具未来适应性。

 

旨在通过抽象化底层硬件（如Tensor Cores）细节，降低开发门槛。可以把它想象成从手动调乐团中的每件乐器，转变为单纯指挥音乐。

这一重磅更新迅速引来了芯片界传奇人物、Tenstorrent CEO Jim Keller的关注与质疑：

Jim Keller提出一个观点：这次更新是否终结了CUDA的「护城河」？

他的理由是当英伟达的GPU也转向Tile瓦片结构，而其他硬件厂商一样转向瓦片架构，AI内核将更容易移植。

但事实真是如此吗？

要想讨论清楚这件事，需要分析两个问题：

1. Jim Keller是谁？为什么他的话有分量

2. CUDA Tile此前是什么技术？CUDA护城河到底是什么

Jim Keller是当代芯片界最有代表性的CPU/SoC架构师之一，业内很多人直接叫他「传奇架构师」、「芯片圈GOAT之一」。

一句话，他是那种真正改写过CPU发展路线图的人。

凡是近二十多年x86、移动SoC、AI芯片的几次大级别翻身仗，背后大概率能看到Jim Keller的影子。

更细一点说：

• x86-64时代的奠基人之一：
  
  作为x86-64指令集和HyperTransport的共同作者，他直接影响了今天几乎所有桌面、服务器CPU的ISA与互连方式。
• 多次带队完成「公司级」翻身战：
  
  AMD Athlon/K8时代第一次让AMD在x86性能上正面硬刚Intel。Zen重新让AMD从「快死了」变成今天和Intel分庭抗礼。在Apple时期的A4/A5开启了iPhone自研SoC的路线，间接铺路到后面的M系列。
• 跨CPU、手机SoC、自动驾驶、AI加速器的「全栈」架构师：
  
  很少有人像他一样，在通用CPU、移动SoC、车载SoC、AI加速器上都做过一线设计和架构决策。近几年他频繁在TSMC、三星等论坛谈未来工艺与架构，被称为「半导体设计传奇」。

所以Jim Keller的观点非常有参考性意义。

英伟达是否通过这次更新拆除了CUDA的「护城河」，还是以另一种形式将其加固？

去年，Jim Keller曾直言「CUDA是沼泽而非护城河」。

意思是CUDA的复杂性让开发者深陷其中无法脱身。

让我们简单回顾下CUDA的历史。

而此次CUDA Tile之前，早在2006年，英伟达发布了G80架构和CUDA，CUDA的出现将这些并行的计算单元抽象为通用的线程（Threads），从而开启了通用GPU计算（GPGPU）的黄金时代。

二十年来，基于「单指令多线程」（SIMT，Single Instruction，Multiple Threads）的编程模型一直是GPU计算的「圣经」。

开发者习惯了从单个线程的视角出发，思考如何将成千上万个线程映射到数据上。

在人工智能大爆发的今天，计算的核心原子不再是单一的标量数值，而是张量（Tensor）和矩阵。

传统的SIMT模型在处理这种块状数据时，显得日益笨重且效率低下。

技术的重构

CUDA Tile与SIMT的范式断裂

要理解CUDA Tile更新了什么，首先必须理解为什么旧方式行不通了。

SIMT模型的核心假设是：程序员编写一段串行代码（Kernel），GPU硬件负责将这段代码实例化为成千上万个线程。

粗暴一点理解：

想象一个包工头（GPU的控制单元）和32个搬砖工（线程，Thread）。比如要把一张图变亮，包工头只要一个命令，每个工人负责一个像素点，大家互不干扰，动作整齐划一。

这就是SIMT的精髓：虽然人多，但听同一个指令，处理各自的小数据。

这种模型在处理图像像素或简单的科学计算时非常完美，因为每个像素的计算是独立的。

然而，现代AI计算的核心是矩阵乘法。

AI运算（深度学习）的核心不再是处理单个像素，而是矩阵乘法。

在硬件层面，英伟达引入了Tensor Core（张量核心）来加速矩阵运算。

Tensor Core不是一次处理一个数，而是一次处理一个16x16或更大的矩阵块。

为了用 SIMT 模型去开动Tensor Core，程序员不得不同时指挥多个线程。

在SIMT中，程序员仍在控制单个线程。为了使用Tensor Core，程序员必须指挥32个线程（一个Warp）协同工作，手动将数据从全局内存搬运到共享内存，再加载到寄存器，通过复杂的wmma（Warp-level Matrix Multiply Accumulate）指令进行同步。

开发者必须精细地管理线程间的同步和内存屏障。稍有不慎，就会导致死锁或数据竞争。

不同代际的GPU其Warp调度机制和Tensor Core指令集均有不同。

针对Hopper架构优化的极致性能代码，往往无法在Blackwell上直接运行，需要重新调优。

这就是Jim Keller所说的「沼泽」——代码里堆积了针对不同硬件特性的补丁，既不美观也难以维护。

这就是「SIMT力不从心」的原因：试图用管理独立个体的逻辑（SIMT），去指挥一个需要高度协同的集体动作（Tensor Core）

CUDA Tile：瓦片化计算的诞生

 

CUDA 13.1引入的CUDA Tile彻底抛弃了「线程」这一基本原子，转而以「瓦片」（Tile）作为编程的核心单位。

核心概念：什么是Tile？

在CUDA Tile模型中，Tile被定义为多维数组的一个分块（Subset of arrays）。

开发者不再思考「第X号线程执行什么操作」，而是思考「如何将大矩阵切分成小块（Tiles），以及对这些块进行什么数学运算（如加法、乘法）」。

瓦片模型（左）将数据分割为块，编译器将其映射到线程。SIMT模型（右）将数据同时映射到块和线程。

这种转变类似于从汇编语言跳转到了高级语言：

• SIMT：手动管理寄存器分配、线程掩码、内存合并。
• Tile：声明数据块形状（Layout），声明算子（Operator），编译器负责一切。

这种编程范式在Python等语言中很常见，像NumPy这样的库允许指定矩阵等数据类型，然后用简单的代码指定并执行批量操作。

在底层，正确的操作会自动执行，计算过程完全透明地继续进行。

架构支撑：CUDA Tile IR

 

这次更新不仅仅是语法糖，英伟达引入了一套全新的中间表示——CUDA Tile IR（Intermediate Representation）。

CUDA Tile IR引入了一套虚拟指令集，使得开发者能够以瓦片操作的形式对硬件进行原生编程。

开发者可以编写更高层级的代码，这些代码只需极少改动即可在多个世代的GPU上高效执行。

通过这种对比可以看出，CUDA Tile实际上是英伟达对AI编程范式的一次「降维打击」——将复杂的硬件细节封装在编译器内部，只暴露算法逻辑。

在过去的CUDA版本中，C++始终是一等公民。

然而在CUDA 13.1中，英伟达极其罕见地首发推出了cuTile Python，而C++支持则被延后。

这一策略转变深刻反映了AI开发生态的现状：Python已经成为AI的通用语言。

在此之前，AI研究员如果想优化一个算子，不得不离开Python环境，学习复杂的C++和CUDA。

cuTile的出现旨在让开发者留在Python环境中即可编写高性能Kernel。

根据英伟达的技术博客，我们可以通过一个向量加法的例子来感受cuTile的变革。

传统SIMT方式（伪代码概念）：

cuTile Python方式：

在这个例子中，开发者不需要知道GPU有多少个核心，也不需要知道Warp是什么。

ct.load和ct.store在底层可能会调用Blackwell架构最新的异步内存复制引擎，但这对开发者是透明的。

CUDA Tile对抗的是谁？

要回答「是否终结了护城河」，必须引入另一个变量：OpenAI Triton。

Triton是OpenAI为了摆脱对英伟达闭源库（如cuDNN）的依赖而开发的开源语言。

Triton的核心理念与CUDA Tile惊人的一致：基于块（Block-based）的编程。

这或许是CUDA此次更新的最大针对者。

分析了这么多，英伟达此次更新是否终结了CUDA的护城河，转向瓦片架构是否使AI内核更易移植？

在社区中，更多的声音指向如下结论。

英伟达代际间的移植性：这是CUDA Tile主要解决的问题。

从Hopper移植到Blackwell，甚至未来的Rubin，使用TileIR编写的代码将无缝运行且自动优化。

这一点上，移植性极大增强。

跨厂商的移植性：这是行业希望解决的问题（比如从英伟达移植到AMD MI300）。

这一点上，CUDA Tile几乎没有任何帮助，甚至让移植变得更难。

Jim Keller本人一点不喜欢CUDA，称CUDA为「沼泽」，意指其复杂性让开发者深陷其中无法脱身。

综上所述，英伟达并没有拆除护城河，而是将护城河的墙修得更漂亮、更易于攀爬（进入），但在墙内构建了更舒适的迷宫（Tile IR生态），使得用户更不愿意离开。

瓦片架构使AI内核在英伟达硬件之间极易移植，但在不同厂商硬件之间更难移植。

Jim Keller也许是对的，CUDA曾经是沼泽。

但英伟达刚刚在沼泽上铺设了一条高速公路（CUDA Tile IR）。

而这条路，目前只通向英伟达的城堡。

参考资料：

https://x.com/jimkxa/status/1997732089480024498

https://developer.nvidia.com/blog/focus-on-your-algorithm-nvidia-cuda-tile-handles-the-hardware/

https://developer.nvidia.com/blog/nvidia-cuda-13-1-powers-next-gen-gpu-programming-with-nvidia-cuda-tile-and-performance-gains

https://developer.nvidia.com/blog/simplify-gpu-programming-with-nvidia-cuda-tile-in-python

https://www.tomshardware.com/tech-industry/artificial-intelligence/jim-keller-criticizes-nvidias-cuda-and-x86-cudas-a-swamp-not-a-moat-x86-was-a-swamp-too