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课程整体简介

本课程以常见数据结构为主线，将数组、栈、队列、优先队列、图、链表和排序算法等基础知识，与 Ascend C 算子开发及昇腾工程实践相结合。课程通过 12 个循序渐进的实验，引导学习者理解数据结构在异构计算中的组织方式、访问特征和工程价值，并将抽象的数据结构知识转化为可编译、可运行、可验证的算子程序。

课程前半部分从开发环境、VectorAdd 算子和 Tiling 数据切分入手，随后通过括号匹配、表达式求值和双缓冲数据流水线，掌握栈、队列及生产者—消费者模型的实际应用。课程中段进一步学习 Reduce 算子与优先队列、图邻接表与稀疏表示、链表与连续存储，以及排序算法在数据重排任务中的应用。课程后半部分通过工程部署、装填因子与线性探测、树形任务队列、位图集合交和 MoE 融合算子，进一步理解数据结构与访存、流水线调度及算子性能之间的关系，形成从数据结构设计到 Ascend C 工程交付的完整实践路径。

课程适用学习人群

本课程适合已经学习过 C/C++ 程序设计和基础数据结构，希望通过可运行实验入门 Ascend C 算子开发的学习者。开始前建议具备以下基础：

• 理解一维数组、队列、整数除法和左闭右开区间；
• 能够使用 Linux 命令行、CMake 和 Jupyter Notebook；
• 能够阅读简单的 C/C++ 代码；
• 无需具备 Ascend C 自定义算子开发经验。

整体学习目标

完成本课程后，学习者应能够：

1. 理解数组、栈、队列、优先队列、图、链表和排序算法的核心特性，并分析不同数据结构的存储方式、访问模式和适用场景。
2. 建立数据结构与昇腾计算任务之间的联系，能够根据计算需求选择合适的数据组织形式和处理方法。
3. 掌握 Ascend C 算子开发的基础流程，能够完成开发环境检查、Kernel 直调工程构建、编译运行和结果验证。
4. 根据数据规模、核数和 Tile 数量设计基本的 Tiling 方案，理解多核切分、32 Byte 对齐、UB 空间占用和数据覆盖等约束。
5. 使用 TPipe、TQue、GlobalTensor 和 LocalTensor 组织数据搬运与计算，并利用队列和双缓冲机制实现计算与搬运流水。
6. 将栈、优先队列、邻接表、稀疏表示、链式结构和排序等方法应用于表达式处理、Reduce、图数据组织和数据重排等典型任务。
7. 使用非法参数检查、边界用例和 CPU Golden 对算子进行正确性验证，并能够定位常见的数据切分、内存访问和流水调度问题。
8. 完成算子生成、Host 与 Kernel 联调、打包部署和性能数据采集，能够阅读性能报告并对算子的执行效率进行初步分析。
9. 形成从问题分析、数据结构选择、算法设计、算子实现到测试部署的完整工程实践能力。

课程支持的硬件产品

硬件产品	验证状态
Atlas A2	✅ 已验证

在线体验环境

• gitcode 在线体验 Notebook
• CANNLab 云开发环境
  • NPU 镜像模板：cann_9.0.0_py3.11-A2-arm
  • 规格：1*NPU 910B3 16vCPUs 32GiB
  • Python 内核：Python 3.11.4

CANNLab 环境创建与使用方法请参考 CANNLab 环境体验指南。

课程章节目录

第一章：基础实操

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01.01 章节介绍：基础实操	在线体验	✅ 已发布
01.02 环境与工程一键启动	在线体验	✅ 已发布
01.03 VectorAdd 算子实验	在线体验	✅ 已发布
01.04 Tiling 可视化交互实验	在线体验	✅ 已发布
01.05 章节实践：独立完成 VectorAdd	在线体验	✅ 已发布

第二章：括号匹配及表达式求值

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02.01 章节介绍：括号匹配及表达式求值	在线体验	✅ 已发布
02.02 括号匹配及表达式求值动手实验	在线体验	✅ 已发布
02.03 章节实践与测试：括号匹配及表达式求值	在线体验	✅ 已发布

第三章：双缓冲数据流水线

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03.01 章节介绍：双缓冲数据流水线	在线体验	✅ 已发布
03.02 TQue 队列基础	在线体验	✅ 已发布
03.03 双缓冲 VectorAdd	在线体验	✅ 已发布
03.04 章节实践：独立完成双缓冲调度	在线体验	✅ 已发布

第四章：Reduce算子与优先队列模拟堆

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04.01 章节介绍：Reduce算子与优先队列模拟堆	在线体验	✅ 已发布
04.02 Reduce算子与优先队列模拟堆动手实验	在线体验	✅ 已发布
04.03 课后测试：Reduce算子与优先队列模拟堆	在线体验	✅ 已发布

第五章：图邻接表向CSR稀疏张量的格式转换

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05.01 图邻接表与并行 SSSP 章节概述	在线体验	✅ 已发布
05.02 基于图邻接表向 CSR 转换的并行 SSSP 算子开发	在线体验	✅ 已发布
05.03 章节实践：图邻接表向CSR稀疏张量的格式转换	在线体验	✅ 已发布

第六章：链表与连续数组的访存对比

Notebook	Link	状态
06.01 链表与连续数组的访存对比章节概述	在线体验	✅ 已发布
06.02 链表与连续数组访存对比实验	在线体验	✅ 已发布
06.03 章节实践：链表与连续数组的访存对比	在线体验	✅ 已发布

第七章：巧用排序算法优化MoE融合算子

Notebook	Link	状态
07.01 章节介绍：巧用排序算法优化MoE融合算子	在线体验	✅ 已发布
07.02 MoE 排序路由动手实验	在线体验	✅ 已发布
07.03 章节测试：巧用排序算法优化MoE融合算子	在线体验	✅ 已发布

第八章：工程部署及性能分析

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08.01 章节介绍：工程部署及性能分析	在线体验	✅ 已发布
08.02 Attention 算子工程部署动手实验	在线体验	✅ 已发布
08.03 章节实践与测试：工程部署及性能分析	在线体验	✅ 已发布

第九章：装填因子与线性探测的访存优化

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09.01 装填因子与线性探测的访存优化章节概述	在线体验	✅ 已发布
09.02 开放寻址批量查询实验	在线体验	✅ 已发布
09.03 装填因子与线性探测的访存优化章节实践	在线体验	✅ 已发布

第十章：树形任务队列与流水线调度

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10.01 章节介绍：树形任务队列与流水线调度	在线体验	✅ 已发布
10.02 树形任务队列与流水线调度动手实验	在线体验	✅ 已发布
10.03 章节测试：树形任务队列与流水线调度	在线体验	✅ 已发布

第十一章：位图压缩与集合交运算的带宽优化

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11.00 章节介绍：位图压缩与集合交运算的带宽优化	在线体验	✅ 已发布
11.01 位图集合的数据结构设计	在线体验	✅ 已发布
11.02 集合交算子与带宽实验	在线体验	✅ 已发布
11.03 章节实践：独立完成位图集合交	在线体验	✅ 已发布

第十二章：MoE融合算子与性能分析

Notebook	Link	状态
12.01 章节介绍：MoE融合算子与性能分析	在线体验	✅ 已发布
12.02 MoE Router 融合算子动手实验	在线体验	✅ 已发布
12.03 章节实践与测试：MoE融合算子与性能分析	在线体验	✅ 已发布