GPU 中的并行性 - CUDA / OpenCL

Posted 2023-03-23

【中文标题】GPU 中的并行性 - CUDA / OpenCL

【英文标题】：Parallelism in GPU - CUDA / OpenCL

【发布时间】：2012-01-26 01:41:50

【问题描述】：

我对 CUDA 中的并行性或 GPU 上的 OpenCL 代码有一般性问题。我使用 NVIDIA GTX 470。

我简要阅读了 Cuda 编程指南，但没有找到相关答案，因此在这里提问。

我有一个调用 CUDA 内核的***函数（对于同一个内核，我有一个 OpenCL 版本）。这个***函数本身在我的主函数的“for循环”中被调用了3次，用于3个不同的数据集（图像数据R、G、B） 并且实际的小码还对图像/帧中的所有像素进行了处理，因此它有 2 个“for 循环”。

我想知道这里利用了什么样的并行性——任务级并行性还是数据并行性？

所以我想了解的是，这个 CUDA 和 C 代码是否为 codelet 和***代码中的不同功能/功能创建多个线程并在 并行并利用任务并行性。如果是，谁创建它，因为代码中没有明确包含或链接的线程库。

或

它为不同的“for循环”迭代创建线程/任务，这些迭代是独立的，从而实现数据并行。 如果它执行这种并行性，它是否只是通过注意到不同的 for 循环迭代没有依赖关系并因此可以并行调度来利用这一点？

因为我没有看到任何特殊的编译器构造/内在函数（openMP 中的并行 for 循环）告诉编译器/调度程序并行调度此类 for 循环/函数？

任何阅读材料都会有所帮助。

【参考方案1】：

GPU 上的并行性是 SIMT（单指令多线程）。对于 CUDA 内核，您指定一个块网格，其中每个块都有 N 个线程。 CUDA 库可以解决所有问题，CUDA 编译器 (nvcc) 生成由 GPU 执行的 GPU 代码。 CUDA 库告诉 GPU 驱动程序以及 GPU 上的线程调度程序应该有多少线程执行内核（（块数）x（线程数））。在您的示例中，***函数（或主机函数）仅执行异步并立即返回的内核调用。不需要线程库，因为 nvcc 会创建对驱动程序的调用。

一个示例内核调用如下所示：

helloworld<<<BLOCKS, THREADS>>>(/* maybe some parameters */);

OpenCL 遵循相同的范例，但您在运行时编译您的内核（如果它们没有预编译）。指定执行内核的线程数，其余的由 lib 完成。

学习 CUDA (OpenCL) 的最佳方法是查看 CUDA Programming Guide (OpenCL Programming Guide) 并查看 GPU Computing SDK 中的示例。

【参考方案2】：

我想知道这里利用了什么样的并行性——任务级并行性还是数据并行性？

主要是数据并行，但也涉及一些任务并行。

在您的图像处理示例中，内核可能会对单个输出像素进行处理。您将指示 OpenCL 或 CUDA 运行与输出图像中的像素一样多的线程。然后它会安排这些线程在您的目标 GPU/CPU 上运行。

高度数据并行。编写内核是为了完成单个工作项，而您安排了数百万个工作项。

任务并行性的出现是因为您的主机程序仍在 CPU 上运行，而 GPU 正在运行所有这些线程，因此它可以继续处理其他工作。这通常是为下一组内核线程准备数据，但它可能是一个完全独立的任务。

【参考方案3】：

如果您启动多个内核，它们将不会自动并行化（即没有 GPU 任务并行性）。但是，内核调用在主机端是异步的，因此主机代码将在内核执行时继续并行运行。

要获得任务并行性，您必须手动完成 - 在 Cuda 中，这个概念称为流，在 OpenCL 命令队列中。在没有显式创建多个流/队列并将每个内核调度到自己的队列的情况下，它们将按顺序执行（有一个 OpenCL 功能允许队列乱序运行，但我不知道是否有任何实现支持它。 ) 但是，如果每个数据集都足够大以利用所有 GPU 内核，那么并行运行内核可能不会带来太多好处。

如果您的内核中有实际的 for 循环，它们本身不会被并行化，并行性来自指定网格大小，这将导致该网格中的每个元素并行调用内核（因此，如果您在内核中有 for 循环，它们将由每个线程完整执行）。换句话说，您应该在调用内核时指定网格大小，并在内核内部使用 threadIdx/blockIdx (Cuda) 或 getGlobalId() (OpenCL) 来识别在该特定线程中要处理的数据项。

一本对学习 OpenCL 很有帮助的书是OpenCL Programming Guide，但OpenCL spec 也值得一看。