Term

CUDA

別名: CUDA, CUDAコア

Overview

最終更新: 2026年7月9日

CUDAは、NVIDIAが開発・提供するGPU向けの並列コンピューティングプラットフォームおよびプログラミングモデルである。C/C++をベースとした拡張言語によってGPUの並列演算能力をプログラムから直接利用できるようにする仕組みであり、機械学習・科学技術計算・画像処理・物理シミュレーションなど多岐にわたる領域で事実上の標準的基盤として機能している。

技術的位置づけ

CUDAは開発者がGPUコア(CUDAコア)の並列処理能力を効率的に活用できるよう設計された実行環境であり、ドライバ・ライブラリ・コンパイラなどのソフトウェアスタック全体を含む。AIモデルの学習や推論において、行列演算などの計算集約的な処理をGPU上で大規模に並列実行するためのカーネル(計算単位)を記述する手段として中心的役割を担う。NVIDIAのGPU製品と密接に統合されているため、CUDA向けに書かれたソフトウェアは原則としてNVIDA製GPU上でのみ動作する。このGPUベンダーへの依存性は、他社製GPUへの移植障壁として認識されており、代替手段や互換レイヤーの開発が継続的に行われている。

AI向けカーネル開発との関係

AIの普及に伴い、CUDAカーネルの最適化は深い専門知識を要する高度な領域として確立されてきた。NVIDIAのCUDAでAttentionカーネルを実装すると数千行規模になることもあり、この複雑さを軽減するためにOpenAIが2019年にTritonを発表した経緯がある。さらにMetaが開発したHelionのように、CUDAやTritonを上回る性能を少ないコード量で実現しようとするカーネル最適化フレームワークも登場しており、CUDAを基盤としつつも抽象度の高い開発手法への移行が進んでいる。

主要な動向

2026年6月には、LinuxのオープンソースNVIDIA VulkanドライバーNVKが、DLSSのネイティブサポートをMesa 26.2-develに実装したことが報告された。ValveのLinux開発者Autumn Ashtonが約3日で完成させたプロトタイプが起点となったこの実装の鍵は、DLSSの実体がCUDAカーネルの集合体であるという構造的な発見にある。2つのVulkan拡張を追加することでNVIDIAのプロプライエタリドライバーを必要とせずDLSSを動作させる接続が実現しており、安定版は2026年8月5日前後にリリース予定とされている。

2026年7月には、有志開発のCUDA互換レイヤーZLUDAがv6においてNVIDIA専用の物理演算エンジンPhysXをAMD Radeon上で動作させることに成功したと報告された。Mafia IIでの実測では最大3倍の高速化が確認されたが、同実装はpre-alpha段階であり公式サポートではない。ZLUDAのようなCUDA互換レイヤーの進化は、NVIDIA GPUに依存せずCUDA向けソフトウェア資産を活用しようとする取り組みの継続を示している。

またSpaceXは2026年6月、IPO向けのS-1登録書において将来の設備投資オプションとして自社GPU製造を挙げ、チップ供給の不安定さを投資家リスクとして開示した。これはNVIDIA製GPUおよびCUDAエコシステムへの依存から生じる調達リスクを正面から認識したものであり、大規模なAI・通信インフラを運用する事業者にとってCUDAエコシステムへの依存がビジネスリスクとして意識されていることを示す事例である。

Mentioned Articles

20 件

Research Papers

5 件
  • Analyzing CUDA workloads using a detailed GPU simulator

    A. Bakhoda, George L. Yuan, Wilson W. L. Fung, Henry Wong, T. Aamodt

    20091,687 件引用Semantic Scholar
  • Kevin: Multi-Turn RL for Generating CUDA Kernels

    Carlo Baronio, Pietro Marsella, Ben Pan, Simon Guo, Silas Alberti

    202551 件引用Semantic Scholar

    Writing GPU kernels is a challenging task and critical for AI systems'efficiency. It is also highly iterative: domain experts write code and improve performance through execution feedback. Moreover, it presents verifiable rewards like correctness and speedup, making it a natural environment to apply Reinforcement Learning (RL). To explicitly incorporate the iterative nature of this process into training, we develop a flexible multi-turn RL recipe that addresses unique challenges encountered in real-world settings, such as learning from long trajectories and effective reward attribution across turns. We present Kevin - K(ernel D)evin, the first model trained with multi-turn RL for CUDA kernel generation and optimization. In our evaluation setup, Kevin shows significant gains over its base model (QwQ-32B), improving correctness of generated kernels (in pure CUDA) from 56% to 82% and mean speedup from 0.53x to 1.10x of baseline (PyTorch Eager), and surpassing frontier models like o4-mini (0.78x). Finally, we study its behavior across test-time scaling axes: we found scaling serial refinement more beneficial than parallel sampling. In particular, when given more refinement turns, Kevin shows a higher rate of improvement.

  • CUDA: Curriculum of Data Augmentation for Long-Tailed Recognition

    Sumyeong Ahn, Jongwoo Ko, Se-Young Yun

    202351 件引用Semantic Scholar

    Class imbalance problems frequently occur in real-world tasks, and conventional deep learning algorithms are well known for performance degradation on imbalanced training datasets. To mitigate this problem, many approaches have aimed to balance among given classes by re-weighting or re-sampling training samples. These re-balancing methods increase the impact of minority classes and reduce the influence of majority classes on the output of models. However, the extracted representations may be of poor quality owing to the limited number of minority samples. To handle this restriction, several methods have been developed that increase the representations of minority samples by leveraging the features of the majority samples. Despite extensive recent studies, no deep analysis has been conducted on determination of classes to be augmented and strength of augmentation has been conducted. In this study, we first investigate the correlation between the degree of augmentation and class-wise performance, and find that the proper degree of augmentation must be allocated for each class to mitigate class imbalance problems. Motivated by this finding, we propose a simple and efficient novel curriculum, which is designed to find the appropriate per-class strength of data augmentation, called CUDA: CUrriculum of Data Augmentation for long-tailed recognition. CUDA can simply be integrated into existing long-tailed recognition methods. We present the results of experiments showing that CUDA effectively achieves better generalization performance compared to the state-of-the-art method on various imbalanced datasets such as CIFAR-100-LT, ImageNet-LT, and iNaturalist 2018.

  • CUDA Quantum: The Platform for Integrated Quantum-Classical Computing

    Jin-Sung Kim, Alex McCaskey, Bettina Heim, Manish Modani, Sam Stanwyck, Timothy B. Costa

    202343 件引用Semantic Scholar

    A critical challenge to making quantum computers work in practice is effectively combining them with classical computing resources. From the classical side of hybrid algorithms and integrated application workflows to decoding syndromes for quantum error correction, tightly coupled high performance classical computing will be important for many of the functions required to realize useful quantum computing. A key tool for enabling research and application development is a programming model and software toolchain which allow researchers to straightforwardly co-program classical and quantum computers and leverage the best tools available for each. NVIDIA CUDA Quantum is a single-source programming model in C++ and Python for heterogeneous quantum-classical computing. The CUDA Quantum platform provides several advantages and new capabilities that enable users to get more out of quantum processors. Here, we present CUDA Quantum and demonstrate several use cases including Variational Quantum Eigensolver (VQE) where it provides a significant (287x) performance and capability benefit over existing quantum programming.

  • CUDA-L1: Improving CUDA Optimization via Contrastive Reinforcement Learning

    Xiaoya Li, Xiaofei Sun, Albert Wang, Jiwei Li, Chris Shum

    202541 件引用Semantic Scholar

    The exponential growth in demand for GPU computing resources has created an urgent need for automated CUDA optimization strategies. While recent advances in LLMs show promise for code generation, current SOTA models achieve low success rates in improving CUDA speed. In this paper, we introduce CUDA-L1, an automated reinforcement learning framework for CUDA optimization that employs a novel contrastive RL algorithm. CUDA-L1 achieves significant performance improvements on the CUDA optimization task: trained on A100, it delivers an average speedup of x3.12 with a median speedup of x1.42 against default baselines over across all 250 CUDA kernels of KernelBench, with peak speedups reaching x120. In addition to the default baseline provided by KernelBench, CUDA-L1 demonstrates x2.77 over Torch Compile, x2.88 over Torch Compile with reduce overhead, x2.81 over CUDA Graph implementations, and x7.72 over cuDNN libraries. Furthermore, the model also demonstrates portability across different GPU architectures. Beyond these benchmark results, CUDA-L1 demonstrates several properties: it 1) discovers a variety of CUDA optimization techniques and learns to combine them strategically to achieve optimal performance; 2) uncovers fundamental principles of CUDA optimization, such as the multiplicative nature of optimizations; 3) identifies non-obvious performance bottlenecks and rejects seemingly beneficial optimizations that actually harm performance. The capabilities demonstrate that, RL can transform an initially poor-performing LLM into an effective CUDA optimizer through speedup-based reward signals alone, without human expertise or domain knowledge. This paradigm opens possibilities for automated optimization of CUDA operations, and holds promise to substantially promote GPU efficiency and alleviate the rising pressure on GPU computing resources. Project: deepreinforce-ai.github.io/cudal1_blog

よくある質問

CUDAとは何ですか?
CUDAはNVIDIAが開発・提供するGPU向けの並列コンピューティングプラットフォームおよびプログラミングモデルだ。C/C++ベースの拡張言語を通じてGPUの並列演算能力をプログラムから利用できるようにする仕組みであり、機械学習・科学技術計算・画像処理など幅広い分野で利用されている。
CUDAはNVIDIA製GPU以外でも動作しますか?
CUDAはNVIDIAのGPUと密接に統合されており、原則としてNVIDIA製GPU上でのみ動作する。ただし、ZLUDAのようなサードパーティ製の互換レイヤーがAMD製GPUなどでCUDAアプリケーションを動作させる試みを続けており、2026年7月時点でpre-alpha段階の実装が存在する。
AIの開発においてCUDAはどのような役割を担っていますか?
AIモデルの学習や推論では、行列演算などの計算集約的な処理をGPU上で並列実行するためにCUDAカーネルが用いられる。CUDAで直接カーネルを記述すると数千行規模になることもあるため、TritonやHelionのようにより抽象度の高い開発を可能にするフレームワークも開発されている。
DLSSとCUDAはどのような関係がありますか?
DLSSの実体はCUDAカーネルの集合体であることが確認されている。2026年6月には、この構造的な発見をもとにLinuxのオープンソースNVIDIA VulkanドライバーNVKがNVIDIAのプロプライエタリドライバーを必要とせずDLSSをサポートする実装をMesa 26.2-develに追加した。
CUDAエコシステムへの依存はどのようなリスクをもたらしますか?
CUDAはNVIDIA製GPUとの強い結合があるため、他社製GPUへの移植が困難という依存リスクがある。SpaceXは2026年6月のIPO向け登録書でチップ供給の不安定さを投資家リスクとして開示しており、大規模インフラを運用する事業者にとって調達リスクとして認識されている。

External Mentions

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