Vés al contingut

OpenCL

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
No s'ha de confondre amb OpenGL.
Cada invocació (work-item) del nucli pren una fila de la matriu verda (A al codi), multiplica aquesta fila amb el vector vermell (x) i col·loca el resultat en una entrada del vector blau (y). El nombre de columnes n es passa al nucli com a ncols; el nombre de files està implícit en el nombre d'elements de treball produïts pel programa amfitrió.

Open Computing Language (OpenCL) és un framework per a programes d'escriptura que s'executa mitjançant plataformes heterogènies consistents en unitats centrals de processament (CPU), unitats de procés gràfic (GPUs), processadors de senyals digitals (DSP), FPGAs i altres processadors o acceleradors de hardware.

OpenCL és un estàndard obert i lliure de royalties, per a la programació paral·lela de CPU's, GPU's i altres processadors, a fi i efecte de proporcionar als desenvolupadors l'accés portable i eficient a la potència d'aquestes plataformes de procés heterogènies.[1]

OpenCL admet una extensa gamma d'aplicacions, des de sistemes encastats, passant per aplicacions per al consumidor fins a solucions HPC (acrònim de Computació d'Alt Rendiment, també anomenada supercomputació).

OpenCL consisteix en una API per coordinar la computació paral·lela entre processadors heterogenis, i a més un llenguatge multiplataforma i una especificació de l'entorn de computació.

  • Suporta ambdós models de programació paral·lela, el basat en dades i el basat en tasques.
  • Utilitza un subconjunt del llenguatge C en la versió del 1999 C99 amb extensions per al paral·lelisme.
  • Defineix requeriments numèrics basats en l'estàndard IEEE 754.
  • Defineix un perfil de configuració per a dispositius de mà (PDA,..) i sistemes encastats.
  • Interacciona eficientment amb API's gràfiques com OpenGL, OpenGL ES i altres.

Història

[modifica]

OpenCL va ser concebut inicialment per Apple, que en reté els drets comercials, i adreçat als equips tècnics de AMD, Intel i Nvidia. Apple va sotmetre també aquesta proposta a l'impulsor de l'estàndard gràfic OpenGL, el Grup Khronos.

El 16 de juny del 2008 es va formar el Grup de Treball Khronos Computació amb representants de CPU's, GPU's, sistemes incrustats i companyies de programari i va donar lloc a l'especificació OpenCL 1.0 que després de revisada va ser aprovada el 8 de desembre del 2008.[2]

NVIDIA és el primer fabricant a proporcionar drivers OpenCL per a WindowsXP i Linux[3][4]

Publicació de l'edició OpenCL 1.1[5]

Terminologia de l'arquitectura

[modifica]
Nucli (kernel)
Per paral·lelitzar una iteració, se'n pren el nucli, se l'enclou en una funció de les estructures (vectors o matrius) i variables que hi intervenen, i s'hi afegeix l'obtenció de l'índex que la GPU assigni al processador elemental on s'executin.
Dit d'altra manera: Procés o operació sobre elements individuals de les estructures dels operands, equivalent al nucli d'una iteració, que s'executarà en paral·lel per a cadascun dels elements als múltiples Processadors elementals de la GPU.

Visualització figurativa: 

#define nucli_suma_vectors(A,B,C,N) { \
 \
 i = j + id_del_processador; \ // el ''id'' del primer processador és 0
 if (i < N) { \
 C[i] = A[i] + B[i]; \
 } \
}
  • si només hi ha un processador, executarem seqüencialment N vegades el nucli.
 for (j = 0; j < N; j++) p0.nucli_suma_vectors(A,B,C,N) ;
  • si en tenim un grapat, el sistema enviarà el nucli a cadascun dels processadors, requerint-ne l'execució (N / # processadors) vegades. A la darrera alguns processadors obtindran índexs superiors a N i és per això que hi ha la guarda.
 for (j = 0; j < N; j += nombre_processadors) { 
 || p0.nucli_suma_vectors(A,B,C,N); 
 || p1.nucli_suma_vectors(A,B,C,N); 
 ...
 || pM.nucli_suma_vectors(A,B,C,N); 
 }

Vegeu l'#Exemple de nucli.

model de plataforma

[modifica]
host
ord. amfitrió, conté 1 o més Dispositius OpenCL
dispositiu OpenCL (Compute device)
conté una o més Unitats de computació. Té accés a una memòria global.
unitat de computació (Compute unit)
conté un o més processadors elementals. Disposa d'una memòria local compartida entre els P.E. de la unitat. Pot processar una feina-agrupada.
processador elemental (Process element)
processa feines elementals. Disposa d'una memòria privada per a les variables locals de la funció nucli.

model d'execució

[modifica]
objectes de programa
dades en memòria que contenen la funció nucli en codi font, compilat al vol (ang:just-in-time) o precompilat.
objectes de memòria N-dimensionals
operands de la funció nucli que poden ser tractats com a vector, matriu o estructura N-dimensional.
Rang N-dimensional (NDRange)
espai N-dimensional dels índexs a les estructures dels operands.
Identificador global (global-id)
N-tupla d'índexs que identifica els elements individuals (en les estructures N-dimensionals dels operands) que intervenen en una computació (feina elemental)
feina elemental (work-item)
una instància de les execucions de la funció nucli en un processador elemental, sobre els elements resultants d'indexar els operands amb un identificador global.
feina agrupada (work-group)
conjunt de feines elementals que s'executen dins una mateixa unitat de computació i comparteixen una memòria local. Les feines elementals s'hi caracteritzen per un identificador de grup i un identificador local.

Exemple de nucli

[modifica]

Nucli per obtenir la Suma de vectors d'1 dimensió. Vegeu exemple a[6] 

 __kernel void vec_add (__global const float *a,
 __global const float *b,
 __global float *c,
 __global int iNombreElements)
 {
 // obtenir l'índex de la primera dimensió (0) de l{{'}}''id-global''
 // que li pertoqui a la ''feina elemental''

 int gid0 = get_global_id(0); 

 // si l'índex supera el darrer element, no cal processar
 if (gid0 >= iNombreElements) { return ;}

 c[gid0] = a[gid0] + b[gid0];
 }

Eines per detectar suport OpenCL

[modifica]

API's multiplataforma

[modifica]

Biblioteques per a altres llenguatges

[modifica]
a Java
  • JavaCL[11]
  • Aparapi[12] Biblio. de AMD d'interfície OpenCL per al lleng. Java
a Scala
  • ScalaCL[13] Paquet amb optimització sobre estructures ad hoc ScalaCLCollections
  • ScalaCLPlugin[14] Optimitza codi normal per a l'execució a la GPU
a Haskell
  • OpenCLRaw: Ref.[15] Cal modificar-ne les dependències dels paquets.
  • Accelerate: llenguatge DSL (Domain Specific Language: específic per al camp d'aplicació) que compila directament codi Haskell a nuclis de GPU (de moment amb rerefons CPU i CUDA).[16]
a Ruby
  • Ruby-opencl: Ref.[17]

Biblioteques optimitzades amb OpenCL

[modifica]
  • ImageMagick[18]
  • Codificador x264. Paralel·lització amb OpenCL de la Univ. de Heidelberg.[19]

OpenCL sobre CPU (no GPU)

[modifica]
  • AMD SDK segons la ref.[20]

Referències

[modifica]
  1. ↑ «Khronos OpenCL Registry - The Khronos Group Inc». [Consulta: 20 desembre 2023].
  2. ↑ «The Khronos Group Releases OpenCL 1.0 Specification». Khronos Group, 08-12-2008. Arxivat de l'original el 2010-07-13. [Consulta: 10 gener 2009].
  3. ↑ HPC-Wire - Nvidia llança drivers OpenCL per a WindowsXP i Linux Arxivat 2009-06-29 a Wayback Machine.(anglès)
  4. ↑ «The Khronos Group» (en anglès), 20-12-2023. [Consulta: 20 desembre 2023].
  5. ↑ Publicació de l'edició OpenCL 1.1 Arxivat 2010-10-23 a Wayback Machine.(anglès)
  6. ↑ «Jülich Supercomputing Centre (JSC)». [Consulta: 20 desembre 2023].
  7. ↑ TechPowerUp GPU-Z
  8. ↑ «Tech Advisor - Inicio» (en castellà). [Consulta: 20 desembre 2023].
  9. ↑ «GPU Caps Viewer: Graphics card and GPU information utility, OpenGL, OpenCL and CUDA API support, NVIDIA GeForce, ATI Radeon | oZone3D.Net». [Consulta: 20 desembre 2023].
  10. ↑ Using OpenCL with Qt Arxivat 2010-10-15 a Wayback Machine.(anglès)
  11. ↑ JavaCL[Enllaç no actiu](anglès)
  12. ↑ AMD Aparapi Arxivat 2011-08-04 a Wayback Machine.(anglès)
  13. ↑ ScalaCL[Enllaç no actiu](anglès)
  14. ↑ ScalaCLPlugin[Enllaç no actiu]
  15. ↑ «OpenCLRaw». [Consulta: 20 desembre 2023].
  16. ↑ Paquet Accelerate del llenguatge Haskell sobre CUDA
  17. ↑ Ruby-OpenCL Arxivat 2012-11-04 a Wayback Machine.(anglès)
  18. ↑ LLC, ImageMagick Studio. «ImageMagick» (en anglès). [Consulta: 20 desembre 2023].
  19. ↑ Parallelization of the x264 encoder using OpenCL(anglès)
  20. ↑ «Andrew Cooke: C[ompute]». [Consulta: 20 desembre 2023].

Enllaços externs

[modifica]
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=OpenCL&oldid=33027695»