为何含IMAD.WIDE指令的CUDA代码每调度器发射Warp数偏低？

为什么IMAD.WIDE.U32无法达到0.5的issued warp per scheduler数值？ #

核心原因在于Turing架构（sm_75）对IMAD.WIDE.U32和普通IMAD指令的硬件执行资源与吞吐量约束不同：

• 普通IMAD（32位输入、32位输出的乘加指令）：每个SM的INT32核心可每周期执行一条，单SM吞吐量为每周期32条（对应1个warp的指令），调度器可每两个周期发射一次，对应0.5的issued warp per scheduler数值。
• IMAD.WIDE.U32（32位输入、64位输出的宽乘加指令）：它需要占用SM中的整数乘法单元，且硬件吞吐量仅为普通IMAD的一半——单SM每周期最多处理16条指令（对应0.5个warp的指令）。分摊到4个调度器后，每个调度器每周期最多发射0.25个warp的指令，这直接导致观测到的数值低于0.5。

此外，-O0编译模式下编译器不会做指令调度优化，可能进一步加剧调度器发射效率的下降，让数值更低。

是否有可能让IMAD.WIDE.U32的数值接近0.5？ #

从硬件特性来讲，无法达到普通IMAD的0.5数值上限，因为IMAD.WIDE.U32的硬件吞吐量天生是普通IMAD的一半。但可以通过优化手段让数值尽可能接近硬件上限（0.25左右）：

• 改用-O3编译：让编译器做指令调度与寄存器分配优化，减少不必要的调度间隙。
• 避免同类型指令竞争资源：如果代码中存在其他整数乘法类指令（如MUL.WIDE），会抢占IMAD.WIDE.U32的执行单元，需尽量减少这类指令的并行数量。
• 确保无隐性依赖：确认代码中无内存访问、分支等可能干扰指令发射的因素，保证调度器能持续发射IMAD.WIDE.U32指令。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者sorfkc