OpenCL設備存儲形式

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一、淵源

??在碩士期間，由于實驗室項目需求，本人在GPU上完成了一些醫療成像算法的加速。由于人工智能的爆發，筆者順利找到了一份GPU優化的工作。如今即將畢業，筆者經過一年多的學習和應用，對于GPU編程有了基本的認識，因此在此編寫幾篇簡單的入門引導博客，幫助更多的人盡快入門，少走彎路。如果總結中存在問題，也希望讀者不吝賜教，共同探討。
??這個系列的博客主要介紹OpenCL編程的一些基礎知識，通過矩陣相乘的例子，讓讀者了解OpenCL并行計算的基本編程方法，同時通過幾種簡單的優化方法比較，讓讀者了解GPU優化的基本思想，另外也會簡單介紹涉及到的GPU架構相關的一些內容。由于旨在入門，本文只介紹簡單的基礎知識，不進行深入探討。
?? 在OpenCL的學習過程中筆者遇到過很多的困難，也有很多人給予了筆者很大的幫助。在此對他們表示感謝，感謝貓叔（貓頭鷹的翅膀）、長江、Zenny Chen以及OpenCL技術開發群中諸多朋友給予筆者的幫助。

二、GPU開發語言簡介

?? 在GPU開發中，當前的開發語言主要有OpenCL和CUDA。OpenCL和CUDA即是一種開發語言也是一種并行計算架構。CUDA是NIVIDA的并行計算架構，編程語言叫做CUDA C，也就是通常意義上說的CUDA，其語言是基于C語言語法的。CUDA僅用于NIVIDA的GPU設備開發。OpenCL是一種異構并行開發框架，是為異構計算設計的。它所支持的設備有CPU、GPU、FPGA甚至DSP等通用的或者專用的計算設備。因此OpenCL是面向CPU+其他計算設備這樣的異構計算平臺。同時OpenCL也是一種編程語言，也是基于C語言語法。
?? 當前AMD和NIVIDA是PC端的兩大GPU廠商，在移動端有ARM的MaLi，高通的Adreno,Imagination的PowerVR。從語言支持上看，所有的GPU都支持OpenCL，包括N卡和移動端GPU。但是很少有人在NIVIDIA GPU上使用OpenCL進行開發，因為CUDA有很好的生態，同時在N卡上CUDA會后很好的加速效果。CUDA僅支持N卡，不支持其他設備。
??在移動端的GPU開發方面，蘋果手機使用的是PowerVR的GPU（今年早些時候，蘋果宣布停止對PowerVR的使用，講自己研制GPU），但是它不支持OpenCL，它的開發使用的是蘋果的移動端并行開發語言metal，相對于OpenCL，metal更簡潔，吸取了OpenCL和CUDA的一些優點，做了一些改進。整體而言三種并行開發語言的思想想通，學會一個其他上手相對容易。
?? 除此之外，還有OpenACC等一些并行API，筆者沒有進行深入研究，不做評價。

三、OpenCL基本知識

?? OpenCL作為一種異構并行的編程架構，它屏蔽了底層的硬件結構，將其抽象為工作空間、工作組、工作項、全局存儲、局部存儲以及私有存儲等概念。本節主要介紹在GPU編程中，OpenCL關于這些抽象概念的組織結構，以及一些調度原則。關于GPU硬件架構方面的內容會在以后的博文中簡單介紹。
?? 首先介紹，工作空間、工作組以及工作項的組織關系。

??OpenCL的工作空間可以是一維的、二維的、三維的。可以通過OpenCL提供的API進行設置。本文展示了二維的工作空間，每一個工作空間包含若干個工作組，每個工作組又包含若干個工作項。每一個工作組中的工作項有一段共享的內存——局部內存（local memory）。可以通過具體的API查看工作組局部內存的大小。筆者使用的是AMD W7100顯卡，局部內存為32KB。每個工作組所包含的工作項的數量可以通過具體的API查到，筆者使用的顯卡為256。也就是說，每一個工作組包含256個（至多256，可以小于256）工作項和32KB的局部存儲器。32KB的局部內存對于工作組內的所有工作項是可見的，可用于組內數據的交換或者數據緩沖，對于其他工作組的工作項是不可見的。
?? 完成計算的最小單位就是工作項，開發者通過操作每個工作項來完成整個計算任務。舉一個簡單的例子，假設需要完成兩個二維矩陣的加法，矩陣維度為1024×1024。那么可以申請工作空間維度為1024×1024，每個工作項完成一組數據的加法，完成兩個矩陣相加。因為每個工作項都有全局索引和局部索引，而矩陣的存儲，不同的元素也有不同的索引，可以通過索引來設定每個工作項的計算任務。
??接下來介紹存儲器的組織形式。

?? 可以看到，這個存儲器分為三級，全局存儲器、局部存儲器和私有存儲器。全局存儲器對所有的工作項可見，但是訪問速度最慢；局部存儲器對工作組可見，訪問速度較高，超過告訴Cache，因此合理的使用Local，可以有效提升程序性能。除了局部內存外，每個工作項可以申請私有存儲，私有存儲一般對應的是寄存器，因此訪問的速度最快。但是私有存儲有限，例如筆者使用的顯卡每個SIMD（以后的博客中會詳細介紹）含有256個用于邏輯運算的寄存器。
??以上是OpenCL中關于計算和存儲的基本組織形式。

歡迎使用Markdown編輯器

你好！ 這是你第一次使用 Markdown編輯器 所展示的歡迎頁。如果你想學習如何使用Markdown編輯器, 可以仔細閱讀這篇文章，了解一下Markdown的基本語法知識。

新的改變

我們對Markdown編輯器進行了一些功能拓展與語法支持，除了標準的Markdown編輯器功能，我們增加了如下幾點新功能，幫助你用它寫博客：

全新的界面設計 ，將會帶來全新的寫作體驗；

在創作中心設置你喜愛的代碼高亮樣式，Markdown 將代碼片顯示選擇的高亮樣式 進行展示；

增加了 圖片拖拽 功能，你可以將本地的圖片直接拖拽到編輯區域直接展示；

全新的 KaTeX數學公式 語法；

增加了支持甘特圖的mermaid語法¹ 功能；

增加了 多屏幕編輯 Markdown文章功能；

增加了 焦點寫作模式、預覽模式、簡潔寫作模式、左右區域同步滾輪設置 等功能，功能按鈕位于編輯區域與預覽區域中間；

增加了 檢查列表 功能。

功能快捷鍵

撤銷：Ctrl/Command + Z
重做：Ctrl/Command + Y
加粗：Ctrl/Command + B
斜體：Ctrl/Command + I
標題：Ctrl/Command + Shift + H
無序列表：Ctrl/Command + Shift + U
有序列表：Ctrl/Command + Shift + O
檢查列表：Ctrl/Command + Shift + C
插入代碼：Ctrl/Command + Shift + K
插入鏈接：Ctrl/Command + Shift + L
插入圖片：Ctrl/Command + Shift + G

合理的創建標題，有助于目錄的生成

直接輸入1次#，并按下space后，將生成1級標題。
輸入2次#，并按下space后，將生成2級標題。
以此類推，我們支持6級標題。有助于使用TOC語法后生成一個完美的目錄。

如何改變文本的樣式

強調文本 強調文本

加粗文本 加粗文本

標記文本

刪除文本

引用文本

H₂O is是液體。

2¹⁰ 運算結果是 1024.

插入鏈接與圖片

鏈接: link.

圖片:

帶尺寸的圖片:

當然，我們為了讓用戶更加便捷，我們增加了圖片拖拽功能。

如何插入一段漂亮的代碼片

去博客設置頁面，選擇一款你喜歡的代碼片高亮樣式，下面展示同樣高亮的 代碼片.

// An highlighted block var foo = 'bar';

生成一個適合你的列表

• 項目
  • 項目
    • 項目

項目1

項目2

項目3

• 計劃任務
• 完成任務

創建一個表格

一個簡單的表格是這么創建的：

項目Value

電腦	$1600
手機	$12
導管	$1

設定內容居中、居左、居右

使用:---------:居中
使用:----------居左
使用----------:居右

第一列第二列第三列

第一列文本居中	第二列文本居右	第三列文本居左

SmartyPants

SmartyPants將ASCII標點字符轉換為“智能”印刷標點HTML實體。例如：

TYPEASCIIHTML

Single backticks	'Isn't this fun?'	‘Isn’t this fun?’
Quotes	"Isn't this fun?"	“Isn’t this fun?”
Dashes	-- is en-dash, --- is em-dash	– is en-dash, — is em-dash

創建一個自定義列表

Markdown

Text-to- HTML conversion tool

Authors

John

Luke

如何創建一個注腳

一個具有注腳的文本。²

注釋也是必不可少的

Markdown將文本轉換為 HTML。

KaTeX數學公式

您可以使用渲染LaTeX數學表達式 KaTeX:

Gamma公式展示 $\Gamma (n)=(n?1)!?n\in \mathbb{N}$ 是通過歐拉積分

$$\Gamma (z)={\int }_0^{\infty }{t}^{z?1}{e}^{?t}dt.$$

你可以找到更多關于的信息 LaTeX 數學表達式here.

新的甘特圖功能，豐富你的文章

Mon 06 Mon 13 Mon 20 已完成 進行中 計劃一 計劃二 現有任務 Adding GANTT diagram functionality to mermaid

• 關于 甘特圖 語法，參考 這兒,

UML 圖表

可以使用UML圖表進行渲染。 Mermaid. 例如下面產生的一個序列圖：:

張三 李四 王五 你好！李四, 最近怎么樣? 你最近怎么樣，王五？ 我很好，謝謝! 我很好，謝謝! 李四想了很長時間, 文字太長了 不適合放在一行. 打量著王五... 很好... 王五, 你怎么樣? 張三 李四 王五

這將產生一個流程圖。:

鏈接 長方形 圓 圓角長方形 菱形

• 關于 Mermaid 語法，參考 這兒,

FLowchart流程圖

我們依舊會支持flowchart的流程圖：

Created with Rapha?l 2.2.0 開始 我的操作 確認？ 結束 yes no

• 關于 Flowchart流程圖 語法，參考 這兒.

導出與導入

導出

如果你想嘗試使用此編輯器, 你可以在此篇文章任意編輯。當你完成了一篇文章的寫作, 在上方工具欄找到 文章導出 ，生成一個.md文件或者.html文件進行本地保存。

導入

如果你想加載一篇你寫過的.md文件或者.html文件，在上方工具欄可以選擇導入功能進行對應擴展名的文件導入，
繼續你的創作。

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mermaid語法說明 ??

注腳的解釋 ??

總結

以上是生活随笔為你收集整理的OpenCL设备存储形式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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