язык параллельных вычислений OpenCL

OpenCL (Open Computing Language) — это язык параллельных вычислений, разработанный компанией Apple вместе с другими партнерами. Он предназначен для работы на широком спектре аппаратных платформ, включая CPU, GPU и различные специализированные процессоры. OpenCL, основанный на языке программирования C, предоставляет прочную основу для создания программ, которые могут быть исполнены на множестве аппаратных платформ.

Программы на OpenCL могут быть использованы для выполнения разнообразных задач — от обработки изображений до оптимизации кодирования видео и решения общих вычислительных проблем. OpenCL поддерживает модели параллельного программирования данных и задач, что позволяет разработчикам максимально эффективно использовать каждый тип аппаратной платформы.

Вместе с этим, услуги по разработке программ на OpenCL становятся все более востребованными, так как это позволяет создавать качественные и эффективные решения, максимально используя возможности аппаратного обеспечения. Компании, предлагающие услуги по разработке программ, могут помочь вам в создании программного обеспечения, которое максимально эффективно использует все преимущества OpenCL.

OpenCL по-прежнему актуален и является важной частью современных вычислений. OpenCL предоставляет мощные инструменты программирования для использования преимуществ различных типов аппаратного обеспечения, позволяя разработчикам максимально эффективно использовать каждый тип оборудования. Например, OpenCL может быть использован для использования возможностей GPU для ускорения вычислений или возможностей CPU для выполнения сложных алгоритмов. OpenCL также используется в приложениях машинного обучения и глубокого обучения. Таким образом, OpenCL является важной и актуальной частью современных вычислений.

Как работает OpenCL

Принцип действия этого движка представлен на упрощенной схеме ниже:

OpenCL — это основа для написания программ, которые могут выполняться на различных аппаратных платформах, таких как CPU, GPU и другие специализированные процессоры. Программы OpenCL пишутся на языке программирования C и состоят из нескольких ядер, которые представляют собой функции, выполняемые на устройстве. Эти ядра могут использоваться для выполнения таких задач, как обработка изображений, оптимизация кодирования видео и общие вычислительные задачи. Кроме того, OpenCL обеспечивает поддержку моделей параллельного программирования данных и параллельного программирования задач, что позволяет разработчикам максимально эффективно использовать каждый тип аппаратного обеспечения.

Здесь можно увидеть, что существует хозяин-хост и дополнительные ускорители. Более пристально взглянув на схему, можно заметить, что хост посылает пакеты с информацией и исполнительные команды на ускорители и получает готовые данные. Ускорители выполняют OpenCL код, написанный в OpenCL C99. Существует определенный OpenCL компилятор для центрального процессора, для графического процессора и для специальных карт-ускорителей (NVIDIA Tesla и AMD FireStream).

Вопрос стоит так: хорошо, я могу запустить любую программу для Windows, дважды щелкнув по ней кнопкой мыши, но как запустить эту программу с использованием OpenCL? Вот где вступает в игру OpenCL API. Этот API имеет функции для идентификации устройств-ускорителей, для компиляции программ, для отправки и получения информации и для запуска программы OpenCL на выбранном устройстве.

Ниже представлен принцип работы интерфейса:

OpenCL код

• Создание OpenCL кода, который нужно выполнять с помощью OpenCL C99 языка;

Хост Код:

• Создание своей программы (с использованием C #, например);
• Создание данных, которые вы хотите обработать;
• Использование API OpenCL для передачи данных на ускорители;
• Использование API OpenCL для операций вычисления-исполнения;
• Заключительная генерация всех необходимых данных.

Сэмплы кода:

Это примеры кода, иллюстрирующие описанные выше действия. Не волнуйтесь о понимании синтаксиса на данный момент, главное — сосредоточиться на понимании того, как OpenCL работает. Нашим следующим шагом станет написание первой программы, использующей OpenCL.

Код в текстовом варианте можно скачать здесь.

Параллельная обработка

Так в чем же подвох? Почему движок OpenCL так полезен для вычислений? Потому что он может сделать обработку параллельно-многопоточной. Рассмотрим это на примере суммирования двух n-мерных векторов. Давайте напишем формулу вначале на C#.

Код в виде текста здесь.

Что происходит внутри цикла? Программа рассчитывает вектор v3 [0], потом v3 [1] и так далее, до v3 [п-1]. Теперь давайте посмотрим на версию с использованием OpenCL. Это всего лишь псевдокод.

OpenCL код:

Текстовый вариант кода здесь.

Этапы псевдокода хоста:

1. Инициализация OpenCL.
2. Создание векторов v1, v2 и v3.
3. Копирование v1, v2 и v3 для OpenCL обработки в память ускорителя.
4. Установка v1, v2 и v3 в качестве аргументов floatVectorSum.
5. Указание движку OpenCL, что будет 1000 потоков для выполнения floatVectorSum.
6. Чтение информации из v3.

Почувствовали разницу? Используя OpenCL мы можем разбивать небольшую часть задачи на множество потоков, которые обрабатываются ускорителями параллельно, а без OpenCL задача выполняется полностью последовательно в один поток. Но следует иметь в виду, что использование OpenCL возможно только потому, что все значения вектора v3 [i] зависят только от значений векторов v1 и v2.

Давайте сравним стандартный код и код OpenCL

OpenCL — это мощный инструмент для ускорения вычислительных задач, таких как математические расчеты, обработка изображений, кодирование видео и многое другое. Он поддерживает модели параллельного программирования данных и параллельного программирования задач, что позволяет разработчикам легко использовать возможности различных типов аппаратного обеспечения. Ожидается, что OpenCL будет становиться все более популярным в ближайшем будущем, поскольку он предлагает удивительные преимущества производительности для инженеров и ученых. Однако OpenCL подходит не для всех приложений, поскольку он может не обеспечить преимущества в производительности для задач веб-разработки.