Jak nainstalovat NVIDIA CUDA a cuDNN na Ubuntu: Kompletní průvodce nastavením pro akceleraci GPU

1. Úvod

CUDA (Compute Unified Device Architecture) je paralelní výpočetní platforma a API poskytované společností NVIDIA, které umožňuje vysokorychlostní zpracování pomocí GPU.
Je široce používána v oblastech jako strojové učení, hluboké učení a vědecké výpočty.
Tento článek vysvětluje krok za krokem postup instalace CUDA v prostředí Ubuntu.

2. Požadavky

2.1 Jak zkontrolovat podporovanou GPU

Nejprve ověřte, zda je NVIDIA GPU nainstalovaná ve vašem systému kompatibilní s CUDA.
Spusťte následující příkaz v terminálu:

lspci | grep -i nvidia

Pokud se ve výstupu objeví zařízení NVIDIA, vaše GPU je rozpoznána.
Úplný seznam podporovaných GPU můžete zkontrolovat na oficiálních stránkách NVIDIA.

2.2 Zkontrolujte verzi Ubuntu

CUDA podporuje konkrétní verze Ubuntu.
Použijte následující příkaz pro zjištění aktuální verze Ubuntu:

lsb_release -a

Obecně se doporučují verze Ubuntu LTS (Long Term Support).
Pro nejnovější informace o podpoře se podívejte do oficiální dokumentace NVIDIA.

2.3 Zkontrolujte, zda je nainstalován gcc

K instalaci CUDA je vyžadován kompilátor gcc.
Zkontrolujte stav instalace pomocí následujícího příkazu:

gcc --version

Pokud gcc není nainstalován, spusťte tento příkaz pro jeho instalaci:

sudo apt install build-essential

3. Instalace ovladače NVIDIA

3.1 Odstranění existujících ovladačů

Pokud jsou nainstalovány starší ovladače NVIDIA, odstraňte je, aby nedocházelo ke konfliktům.
Spusťte následující příkazy:

sudo apt-get --purge remove '*nvidia*'
sudo apt-get autoremove

3.2 Vyberte a nainstalujte vhodný ovladač

Navštivte oficiální web NVIDIA a najděte správný ovladač pro vaši GPU, poté jej nainstalujte podle následujících kroků.

Přidání repozitáře — Spusťte následující příkazy pro přidání repozitáře ovladačů NVIDIA:
```
sudo add-apt-repository ppa:graphics-drivers/ppa
sudo apt-get update
```

Zkontrolujte doporučené ovladače — Použijte tento příkaz pro nalezení doporučeného ovladače:
```
ubuntu-drivers devices
```

Nainstalujte ovladač označený jako „doporučený“.

Instalace ovladače — Při instalaci uveďte doporučenou verzi:
```
sudo apt install nvidia-driver-<recommended-version>
```

Restart systému — Po instalaci restartujte Ubuntu:
```
sudo reboot
```

4. Instalace CUDA Toolkitu

4.1 Výběr verze CUDA

Na oficiální stránce pro stažení CUDA zjistěte, která verze CUDA je kompatibilní s vaší GPU a verzí Ubuntu.
Pokud zvolíte nejnovější verzi, ujistěte se o kompatibilitě s vaším softwarem a knihovnami.

4.2 Přidání repozitáře a instalace

Postupujte podle následujících kroků pro instalaci CUDA Toolkitu.

Přidání repozitáře — Následující příklad používá Ubuntu 20.04:

wget https://developer.download.nvidia.com/compute/cuda/repos/ubuntu2004/x86_64/cuda-ubuntu2004.pin
sudo mv cuda-ubuntu2004.pin /etc/apt/preferences.d/cuda-repository-pin-600

Přidání klíče repozitáře — Získejte a nainstalujte klíč repozitáře:

sudo apt-key adv --fetch-keys https://developer.download.nvidia.com/compute/cuda/repos/ubuntu2004/x86_64/7fa2af80.pub

Instalace balíčku CUDA — Nainstalujte CUDA Toolkit:
```
sudo apt update
sudo apt install cuda
```

Ověření instalace — Potvrďte, že je CUDA nainstalována:
```
nvcc --version
```

5. Nastavení proměnných prostředí

5.1 Konfigurace PATH a LD_LIBRARY_PATH

Pro používání CUDA musíte správně nastavit proměnné prostředí. Postupujte podle těchto kroků:

Upravit soubor .bashrc
```
nano ~/.bashrc
```

Přidejte následující řádky

export PATH=/usr/local/cuda/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/cuda/lib64:$LD_LIBRARY_PATH

Aplikujte změny — Uložte a znovu načtěte terminál:
```
source ~/.bashrc
```

6. Instalace cuDNN

6.1 Co je cuDNN?

cuDNN (CUDA Deep Neural Network library) je knihovna akcelerovaná GPU, optimalizovaná pro úlohy hlubokého učení.

6.2 Stažení cuDNN

Stáhněte verzi cuDNN kompatibilní s nainstalovaným CUDA z oficiální webové stránky NVIDIA.
Pro stažení je vyžadován účet NVIDIA.

6.3 Postup instalace

Rozbalte archiv — Rozbalte stažený archiv cuDNN:
```
tar -xzvf cudnn-<version>.tgz
```

Zkopírujte soubory — Zkopírujte potřebné soubory do adresáře CUDA:

sudo cp cuda/include/cudnn*.h /usr/local/cuda/include
sudo cp cuda/lib64/libcudnn* /usr/local/cuda/lib64
sudo chmod a+r /usr/local/cuda/include/cudnn*.h /usr/local/cuda/lib64/libcudnn*

Ověřte instalaci — Zkontrolujte verzi cuDNN pomocí tohoto příkazu:
```
cat /usr/local/cuda/include/cudnn_version.h | grep CUDNN_MAJOR -A 2
```

7. Ověření instalace

7.1 Kontrola funkce CUDA

Spusťte následující příkaz pro ověření, že je CUDA nainstalována správně:

nvcc --version

7.2 Spuštění ukázkových programů

Spusťte ukázkové programy CUDA pro otestování funkčnosti.

Nastavte ukázky

cuda-install-samples-<version>.run
cd ~/NVIDIA_CUDA-<version>_Samples/1_Utilities/deviceQuery
make

Spusťte program
```
./deviceQuery
```

Pokud výstup zobrazí “PASS”, instalace byla úspěšná.

8. Řešení problémů

8.1 Časté problémy a řešení

Problém: CUDA není rozpoznána Řešení: Zkontrolujte znovu své proměnné prostředí a restartujte systém.
Problém: GPU se nepoužívá Řešení: Zkuste přeinstalovat ovladač NVIDIA.
Problém: Neslučitelnost mezi CUDA a vaším softwarem Řešení: Zjistěte, kterou verzi CUDA váš software podporuje, a nainstalujte odpovídající verzi.

9. Závěr

Tento článek poskytl podrobný návod na instalaci CUDA a cuDNN v prostředí Ubuntu. Dodržením těchto kroků přesně můžete vytvořit výkonné výpočetní prostředí s GPU. Pokud plánujete používat hluboké učení nebo vědecké výpočty, zvažte nastavení TensorFlow nebo PyTorch jako další krok.