OpenCL 始め方

ハードスタート

みなさんこんにちは！ 少し前に、C＃でOpenCLからテーマを掘り始めました。 しかし、C＃の下だけでなく、一般にこのトピックに関する資料がほとんどないという事実に関連する困難に遭遇しました。 OpenCLのいくつかの入力は、 ここにあります 。 同様にシンプルですが、動作するOpenCLの起動について説明します 。 著者に1つのイオタを怒らせたくはありませんが、ロシア語で見つけたすべての記事（Habréを含む）は、同じ問題に苦しんでいます。 ドキュメンテーションがあり、それはたくさんあり、良いドキュメンテーションのために受け入れられているので、読むのは難しいです。 私の記事（そしてすべてがうまくいけば、一連の記事）で、この領域を最初から掘り始めた人の観点から、より詳しく説明しようとします。 このアプローチは、生産性の高いコンピューティングをすぐに始めたい人に役立つと思います。



最初は、OpenCLのミニチュートリアル記事を書き、それが何であるか、どのように機能するか、コードを書く方法、および私の経験に基づいたいくつかの推奨事項に関する情報を書きたいと思いました。 しかし、その過程で、私は簡単に言っても、記事の限界に没頭することに気付きました。 なぜなら、私見では、記事はそのボリュームを吸収するのが難しくないようなボリュームであるべきだからです。 したがって、この記事（最初の記事）では、OpenCLで開始する方法を説明し、すべてがローカルで正しく構成されていることを確認し、簡単なプログラムを作成します。 メモリデバイス、アーキテクチャなどに関する質問については、次の記事で説明します。



友人たち、OpenCLでの私の経験は、残念ながら、グル/ヨードのレベルとは程遠いものであるとすぐに言いたいのですが、できる限りの質問に答えようとします。 そして、何かわからない場合は、リソースとこれが実際にどのように機能するかについてのビジョンを共有します。

なに。 どこ。 方法。

OpenCLは、さまざまなタイプのグラフィックスおよび中央処理装置での並列コンピューターコンピューティングに関連する技術です。 GPUでの並列コンピューティングのトピックは、最近、CUDAテクノロジーとともに広く宣伝されています。 このプロモーションは主にNvidiaの努力によって推進されました。 OpenGLとCUDAの違いはすでに広く議論されています 。



OpenLを使用すると、CPUとGPUの両方で作業できますが、GPUでの作業に集中する方が興味深いと思います。 この技術を使用するには、もう少し最新のグラフィックカードが必要です。 主なことは、デバイスが適切に機能していることを確認することです。 念のため、これはデバイスマネージャーで実行できることを思い出させてください。







このウィンドウに失敗または失敗が表示された場合、ビデオカードの製造元のWebサイトに直接アクセスできます。 新しいドライバーは、ハードウェアの機能に関する問題を解決し、その結果、OpenCLのパワーを利用できるようにする必要があります。



私はもともとC＃でOpenCLを使用する予定でした。 しかし、ClooやOpenCLNetなどの既存のフレームワークはすべて自己記述型であり、Khronosはそれらとは何の関係もないため、安定した動作を保証しないという問題に遭遇しました。 まあ、私たちは皆、主な問題を覚えています- 非常に少数の例 これに基づいて、最初にC ++で記述された例を提示し、OpenCLが期待どおりに動作するという確認を受け取ってから、プロキシをC＃フレームワークの形式でねじ込みます。

そのため、C ++でOpenCLを使用するには、そのAPIを見つける必要があります。 これを行うには、環境変数を開き、そこで恐ろしい名前の変数を探し、その名前がビデオカードの製造元にヒントを与えます。 「AMDAPPSDKROOT」と呼ばれるこの変数があります。 その後、指定したパスにあるものを確認できます。 インクルード\ CLパパを探します。







ちなみに、通常はインクルードフォルダーのCLフォルダーの隣にGLフォルダーがあり、有名なグラフィックライブラリへのアクセスを提供します。



Visual Studioでプロジェクトを作成し、プロジェクトプロパティのincludeフォルダー（私の場合は$（AMDAPPSDKROOT）\ include \）を接続し、バトルに行きます！

インフラ

APIを介してではなく、APIを介してOpenCLを操作することを覚えておく必要があります 。 これらの2つのフレーズはほとんど同じように見えますが、そうではありません。 たとえば、OpenGLを思い出してください。 そこでの作業はどのように行われますか（簡略版）-最初にいくつかの一般的なパラメーターを構成し、次にコードから直接「球を描く」、「光源のパラメーターを変更する」などのメソッドを呼び出します。

OpenCLでは、スクリプトが異なります。

1. APIを使用して、OpenCLをサポートするデバイスにアクセスできます。 アプリケーションのこの部分は、通常ホストと呼ばれます 。
2. デバイスで実行されるコードを記述します。 このコードはkernelと呼ばれます 。 このホストコードはまったく何も知りません。 どのホストでもプルできます
3. APIを使用して、カーネルコードをロードし、選択したデバイスで実行を実行します。

ご覧のとおり、このアプリケーションには包括的なインフラストラクチャがあります。 セットアップしましょう！



前のステップでinclude フォルダーを慎重に接続したため、 cl.hヘッダーファイルにリンクを追加するだけでAPIにアクセスできるようになります。 cl.hを追加する場合、プラットフォーム選択チェックを追加する価値があります。

#ifdef __APPLE__ #include <OpenCL/opencl.h> #else #include <CL/cl.h> #endif
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ここで、コードが機能するデバイスを選択し、変数が存在するコンテキストを作成する必要があります。 これを行う方法を以下に示します。

 /*    */ ret = clGetPlatformIDs(1, &platform_id, &ret_num_platforms); /*    */ ret = clGetDeviceIDs(platform_id, CL_DEVICE_TYPE_DEFAULT, 1, &device_id, &ret_num_devices); /*   */ context = clCreateContext(NULL, 1, &device_id, NULL, NULL, &ret); /*   */ command_queue = clCreateCommandQueue(context, device_id, 0, &ret);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

変数retに注目します。 これは、この関数またはその関数が返す数値を含む変数です。 ret == 0の場合、関数は正しく実行され、そうでない場合はエラーが発生しました。

CL_DEVICE_TYPE_DEFAULT定数にも注意が必要です。デフォルトでOpenCLの計算に使用されるデバイスを要求します。 この定数の代わりに、他の定数を使用できます。 例：

• CL_DEVICE_TYPE_CPU-既存のCPUを要求します。
• CL_DEVICE_TYPE_GPU-既存のGPUをリクエストします。

カーネル

素晴らしい。 インフラストラクチャをセットアップします。 それでは、カーネルに取り掛かりましょう。 カーネルは、単に__kernelキーワードで始まるアナウンスメント関数です。 OpenCLプログラミング言語の構文はC99標準に基づいていますが、いくつかの具体的かつ非常に重要な変更があります。 これは別の記事になります（本当に願っています）。 これまでの基本情報：

1. 実行のためにホスト部分からひきつづくコードは、キーワード__kernelで始まる必要があります。
2. __kernelキーワードを持つ関数は常にvoidを返します 。
3. メモリタイプの修飾子があります： __global 、 __local 、 __constant 、 __privateは、変数がどのメモリに格納されるかを決定します。 変数の前に修飾子がない場合、それは__privateです。
4. ホストとカーネル間の「通信」は、カーネルパラメーターを介して行われます。 カーネルがパラメーターを介してホストに何かを渡すには、パラメーターに__global修飾子を付ける必要があります（ここでは、__ globalのみを使用します）。
5. カーネルコードは通常、拡張子がclのファイルに保存されます。 しかし実際には、同様のコードをその場で生成できます。 これにより、いくつかの制限が回避されます。 しかし、その別の時間についての詳細:)

最も簡単なカーネルの例を次に示します。

 __kernel void test(__global int* message) { //   id. int gid = get_global_id(0); message[gid] += gid; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

このコードは何をしますか。 1つ目は、現在実行されているグローバルID ワークアイテムを取得することです。 作業項目は、カーネルが行うことです。 並列計算を扱っているため、各作業項目に対して、他のことについて何も知らない独自のカーネルが作成されます。 そして、誰もすべての作業項目がどの順序で機能するかを保証できません。 しかし、それについては別の記事で説明します（すでにこれを繰り返すのにうんざりしています）。 この例では、配列の各要素を個別のワークアイテムで処理するため、これは基本的に配列内の要素のインデックスです。 カーネルの行の2行目はコメントする必要がないと思います:)

カーネルを形成する

次のステップは、* .clファイルにあるものをコンパイルすることです。 これは次のように行われます。

 cl_program program = NULL; cl_kernel kernel = NULL; FILE *fp; const char fileName[] = "../forTest.cl"; size_t source_size; char *source_str; int i; try { fp = fopen(fileName, "r"); if (!fp) { fprintf(stderr, "Failed to load kernel.\n"); exit(1); } source_str = (char *)malloc(MAX_SOURCE_SIZE); source_size = fread(source_str, 1, MAX_SOURCE_SIZE, fp); fclose(fp); } catch (int a) { printf("%f", a); } /*      */ program = clCreateProgramWithSource(context, 1, (const char **)&source_str, (const size_t *)&source_size, &ret); /*   */ ret = clBuildProgram(program, 1, &device_id, NULL, NULL, NULL); /*   */ kernel = clCreateKernel(program, "test", &ret);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

タイプcl_programおよびcl_kernelはcl.hで定義されています。 スクリプト自体は非常に単純です。ファイルをロードし、バイナリ（clCreateProgramWithSource）を作成してコンパイルします。 ret変数にまだ0が含まれている場合、すべてを正しく行いました。 そして、カーネル自体を作成するだけです。 clCreateKernelコマンドに渡される名前がclファイル内のカーネル名と一致することが重要です。 私たちの場合、それは「テスト」です。

パラメータ

カーネルは、カーネルに渡されるパラメーターへの書き込み/読み取りによってホストと通信することを既に述べました。 私たちの場合、これはメッセージパラメータです。 このようにホストがカーネルと通信できるようにするパラメーターは、 バッファーと呼ばれます 。 ホスト側でこのようなバッファを作成し、API経由でカーネルに渡しましょう。

 cl_mem memobj = NULL; int memLenth = 10; cl_int* mem = (cl_int *)malloc(sizeof(cl_int) * memLenth); /*   */ memobj = clCreateBuffer(context, CL_MEM_READ_WRITE, memLenth * sizeof(cl_int), NULL, &ret); /*     */ ret = clEnqueueWriteBuffer(command_queue, memobj, CL_TRUE, 0, memLenth * sizeof(cl_int), mem, 0, NULL, NULL); /*   */ ret = clSetKernelArg(kernel, 0, sizeof(cl_mem), (void *)&memobj);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

定数CL_MEM_READ_WRITEに注意することが重要です。これは、カーネル側で読み取りおよび書き込み用のバッファーに対する権限があることを意味します。 CL_MEM_WRITE_ONLY 、 CL_MEM_READ_ONLYなどの定数も使用できますclSetKernelArgメソッドでも、2番目の引数は重要で、パラメータのインデックスが含まれています。 この場合、0は、メッセージパラメーターがカーネルシグネチャの最初に来るためです。 彼が2番目に行った場合、次のように記述します。

 /*   */ ret = clSetKernelArg(kernel, 1, sizeof(cl_mem), (void *)&memobj);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

clEnqueueWriteBufferは、mem配列からmemobjバッファーにデータを書き込みます。

まあ、一般的に、すべてが準備ができています。 カーネルを実行するためだけに残ります。

カーネルを実行する

実行コードを送信します。

 size_t global_work_size[1] = { 10 }; /*   */ ret = clEnqueueNDRangeKernel(command_queue, kernel, 1, NULL, global_work_size, NULL, 0, NULL, NULL); /*     */ ret = clEnqueueReadBuffer(command_queue, memobj, CL_TRUE, 0, memLenth * sizeof(float), mem, 0, NULL, NULL);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

global_work_sizeには、作成する作業項目の数が含まれます。 配列の各要素を処理するための独自の作業項目があると既に述べました。 配列には10個の要素があるため、work-itemには10が含まれます。clEnqueueNDRangeKernelは特別な問題を引き起こすことはありません-指定されたカーネルを指定された回数だけ起動します。 clEnqueueReadBufferは、memobjという名前のバッファーからデータを読み取り、そのデータをmem配列に入れます。 memのデータは結果です！

まとめと結論

友人、これは私が初心者のためにOpenCLから始めることを想像する方法です。 将来的に更新できるように、コメントに建設的なコメントをお願いします。 短くしようとしましたが、それでも音量は小さくありませんでした。 ですから、2〜3本の記事の資料をまだ見つけることができます。



最後まで読んでくださった皆さん、ありがとうございました！