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- 本版本为 参考答案版:包含全部 108 节课的代码实现与深度核心问答题参考解析。
- 逐课通关机制:按模块编号依次学习,建议独立完成代码填空与问答后再展开核对。
- 评分标准:代码填空 4 分、问答题 Q1~Q3 各 2 分,通过线为 8/10 分。
推荐学习路径全景图
为帮助读者由浅入深、循序渐进地掌握大模型系统工程,全课程按照由单卡算子到微架构、由框架运行时到万卡集群系统、再到底层性能归因与状态审计的认知逻辑组织学习顺序:
flowchart TD
subgraph Phase1["第一阶段:显存通信初探与核心算子筑基"]
direction TB
P1_Train["1. 训练系统基础 (Train 1~5)<br>显存账本、重计算、通信原语、DDP 与 ZeRO"]
P1_CUDA["2. CUDA Kernel 算子开发 (17课)<br>线程映射、归约、Online Softmax、Tiled GEMM、DeepGEMM/DeepEP、具身与感知算子"]
P1_Triton["3. Triton Kernel 算子开发 (10课)<br>SPMD 模型、Block 指针、Fused Softmax、Matmul Swizzle"]
P1_Train --> P1_CUDA --> P1_Triton
end
subgraph Phase2["第二阶段:硬件微架构与编译优化抽象"]
direction TB
P2_CUTLASS["4. CUTLASS / CuTe 模板库 (8课)<br>CuTe Layout 代数、Tiled Copy/MMA、异步流水线"]
P2_MLIR["5. MLIR 编译器技术 (8课)<br>多级 IR、SSA、Dialects、Pattern 重写、GPU Lowering"]
P2_CUTLASS --> P2_MLIR
end
subgraph Phase3["第三阶段:框架运行时与端到端系统工程"]
direction TB
P3_Runtime["6. 框架运行时底层机制 (Runtime 11课)<br>PyTorch Dispatcher、Compile、通信拓扑、GDS 零拷贝、IPC 防泄漏、动态形状"]
P3_Inference["7. 推理引擎源码与优化 (Inference 11课)<br>vLLM V1 三层解耦、SGLang RadixAttention、量化、TensorRT 插件、具身流式推理"]
P3_Platform["8. 集群平台与网络存储 (Platform 8课)<br>RoCE/IB RDMA、GPUDirect、分级存储 IO、K8s 调度、Daly 容错"]
P3_Runtime --> P3_Inference --> P3_Platform
end
subgraph Phase4["第四阶段:超大规模分布式并行与对齐算法进阶"]
direction TB
P4_Train["9. 训练系统实战进阶 (Train 6~16)<br>5D 并行编排、FlashAttention、具身 VLA 多模态时空对齐、动态微批次高吞吐"]
P4_RL["10. 强化学习与大模型后训练 (RL 14课)<br>策略梯度、GAE、PPO、RLHF/RLVR、GRPO、连续动作高斯策略、真机/仿真混合回传飞轮"]
end
subgraph Phase5["第五阶段:底层不变量控制与状态审计实战"]
direction TB
P5_Diag["11. 性能剖析、死锁诊断与状态审计 (Diagnostics 5课)<br>Nsight 全链路 Timeline 逐帧归因、NCU 算子微架构瓶颈、NCCL 通信死锁逆向定位、FP8 数值下溢排查、Code Agent 不变量守护"]
end
Phase1 --> Phase2 --> Phase3 --> Phase4 --> Phase5
P1_Train -.->|"可与后续系统课并行"| P4_RL
Phase3 -.->|"系统遇到疑难杂症随时接入"| Phase5
课程体系大纲(按推荐学习路径排序)
第一阶段:分布式显存初探与核心算子开发
| 01 |
训练系统基础篇 (Train 1~5) |
5 |
建立大模型静态显存与激活账本,掌握激活重计算与分布式通信原语,理解 DDP 与 ZeRO-1/2/3 切分机制 |
Transformer 架构与基础 PyTorch |
| 02 |
CUDA Kernel 算子开发 |
17 |
掌握 GPU 线程块映射、Warp Shuffle 归约、Online Softmax、Tiled GEMM 共享内存分块,深入拆解 DeepSeek DeepGEMM/DeepEP,并实战具身 Flow Matching 求解器、3D 点云体素化与 QAT 伪量化 |
C/C++、线性代数、并行计算基础 |
| 03 |
Triton Kernel 算子开发 |
10 |
掌握 Pythonic SPMD 编程模型、Block 级指针代数、Fused Softmax、Matmul 与 Program ID 超分组 Swizzling |
Python、PyTorch、基础 CUDA 概念 |
第二阶段:硬件微架构抽象与编译优化技术
| 04 |
CUTLASS / CuTe 模板库 |
8 |
掌握 CuTe Layout 坐标映射代数、Tiled Copy / Tiled MMA 硬件抽象、Ampere/Hopper 异步拷贝流水线与 Kernel 选型 |
CUDA 线程模型、C++ 模板元编程 |
| 05 |
MLIR 编译器技术 |
8 |
掌握多级中间表示(Multi-Level IR)、SSA 支配树、Dialect 方言体系、ODS 定义、Pattern 重写与 GPU/LLVM 逐级 Lowering |
编译原理基础、C++ 源码阅读能力 |
第三阶段:AI Infra 运行时与端到端系统工程
| 06 |
框架运行时底层机制 |
11 |
深入剖析 PyTorch Dispatcher 分发器、TorchDynamo/Inductor 编译追踪、NCCL 环形/树形通信底层、GPUDirect Storage 零拷贝 DMA、CUDA IPC 防泄漏与动态形状 Guard 抑制 |
Python、PyTorch 源码、CUDA 基础 |
| 07 |
推理引擎源码与优化 |
11 |
逐行走读 vLLM V1 三层解耦架构与 SGLang 核心源码,掌握 PagedAttention、RadixAttention 缓存复用、TensorRT 10+ IPluginV3 插件生命周期、具身连续动作流式引擎与端侧混合精度部署 |
训练基础、CUDA/Triton、Transformer 架构 |
| 08 |
智算集群平台与可靠性 |
8 |
掌握智算中心 Spine-Leaf 网络拓扑、RoCE v2 / InfiniBand RDMA 无损网络、GPUDirect Storage 分级存储、K8s 拓扑感知调度与 Daly 最优 Checkpoint 容错模型 |
Linux 网络/系统运维基础、分布式训练经验 |
第四阶段:超大规模分布式并行与对齐算法进阶
| 09 |
训练系统实战进阶 (Train 6~16) |
11 |
深入掌握张量并行(TP)、序列并行(SP)、上下文并行(CP)、流水线并行(PP)、专家并行(EP)与 5D 并行协同,精通具身 VLA 双网格解耦(Cross-Mesh Resharding)通信拓扑与非均质阶段 1F1B 流水线气泡消除 |
训练系统 1~5 课、算子开发基础 |
| 10 |
强化学习与大模型后训练 |
14 |
从 MDP、Bellman 方程、策略梯度定理与 GAE 出发,掌握 PPO、RLHF/RLVR 到 DeepSeek GRPO 组内相对奖励机制,进阶掌握物理连续动作高斯/Beta 策略与真机-仿真混合回传飞轮 |
概率论与数理统计、深度学习基础 |
第五阶段:底层不变量控制与状态审计实战
| 11 |
AI 系统性能剖析、死锁诊断与状态审计 |
5 |
穿透框架封装直达物理执行真相:掌握 Nsight Systems 逐帧 Timeline 气泡消除、Nsight Compute 微架构瓶颈归因、NCCL 分布式通信死锁逆向定位、FP8/BF16 浮点数值精度异常排查,构建 Code Agent 时代生产级底层不变量审计守护体系 |
全课程前置知识综合运用 |
🎯 面试备战进阶与系统设计专栏
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本地开发与在线预览
你可以使用 Quarto 官方工具在本地进行实时热更新预览:
# 1. 启动本地实时预览服务器(代码修改实时刷新)
quarto preview
# 2. 静态编译全站(产物位于 _site/)
quarto render
# 3. 将单篇 .qmd 导出为 Jupyter Notebook (.ipynb)
quarto convert train/lesson01.qmd --output train/lesson01.ipynb
验证基线与事实依据
- 课程标准:以 Ultra-Scale Playbook、vLLM/SGLang 固定源码快照、NVIDIA CUDA/CUTLASS 官方文档、Triton/MLIR 官方文档和原始前沿论文为事实基线。
- 环境要求:支持静态审查与多平台运行,云端通过 Quarto 静态机制直接托管于 GitHub Pages,无需本地或云端 NVIDIA GPU 依赖即可随时查阅。