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xucvai · 2021年03月15日

GPU编程入门

授权转自知乎
作者:Keepin

最近有人问我关于GPU编程入门开发的一些问题,由于本人更多从事的是HPC的高性能优化事项,因此对于GPU编程还是比较熟悉的。大学期间并没有高性能或者类似于异构开发的经验,毕业后第一份工作需要,而学习了OpenGLES开始入门GPU编程,算是对自学OpenGLES开发有一些经验,因此就在此整理下GPU编程入门的一些注意点以及个人觉得不错的小技巧

一、GPU编程

最初GPU是一个图形专用的加速器,从早期的2D加速到3D加速,从专用图形加速到通用计算,GPU的功能越来越强大。由于GPU涉及到很多的图形相关技术,并不是抽象出几个简单的接口就能满足业务开发需求,因此比较主流的是一些标准化的编程接口。例如OpenGL/ES、OpenCL、vulkan、directx、cuda、metal等API。这些API可以认为是一种工业标准。每个厂商胜场的GPU都会根据自身的应用场景与技术竞争力去支持这些API中的一个或者多个。因此想要做GPU编程,首先需要了解至少一个编程API。

二、编程API选择

OpenGL/ES,这里指的是OpenGL和OpenGLES。OpenGLES是OpenGL的嵌入式端版本,主要用于嵌入式端设备,手机也可以归入到嵌入式设备。对于与选择OpenGL开发的话,因此如果选择的开发平台是嵌入式设备的话,选择OpenGLES,如果选择PC端开发的话就选择OpenGL。类似于高通、联发科、海思的平台都对OpenGLES的支持很到位。苹果的ios早期对OpenGLES支持也很好,不过随着苹果重新设计了一套GPU编程API即metal,OpenGLES在IOS上已经慢慢被遗弃,官方不在原声支持,虽然有第三方的SDK,但是如果做高性能优化,已经不再是首选了。

OpenCL,这个编程API是苹果贡献的,是一个专门用于通用计算的GPU编程API,个人认为OpenCL作为通用计算加速的GPU开发API算是比较简单容易上手的。而且kernel采用的主要是c和c++开发(用c就完全满足了)。c基本是大学的必修课了,因此也很容易上手。不过可能是因为OpenCL是苹果贡献的原因,而且苹果还拥有OpenCL的一些商标版权,因此谷歌生产的安卓手机统一没有OpenCL,如果要用OpenCL需要到高通的开发者网站下载一些支持包。

vulkan,vulkan是新的API,以后很有可能在会替代OpenGL成为GPU开发的主流编程API(当然苹果系列的产品可能并不是最好的方式,对于用能力的公司,安卓机用vulkan,苹果机器用metal,微软的机器用directx或者cuda)。

directx,是微软的一套编程API标准,主要用于pc端。对于pc端游戏开发,选择这个API更合适。

cuda是英伟达的一套开发套件,主要用c来开发。对于选择英伟达GPU的情况,可以选择cuda开发。

metal是苹果针对自家产品设计的一套API,相对来说,初学者还是不建议直接上手metal,而且metal也算是比较新的API,能找到的资料也不如其他API。

综上,对于初学者来说,可以根据需要做一些选择。

三、入门的简单案例

对于入门最好的方式就是找一些资料和测试案例来入手,然后根据需要做一些修改,来实现入门的目的。当然最好选择见到易懂的小项目,这里主要列举几个本人用过的测试案例,也还算是比较简单易懂的。

1、安卓端和OpenGLES:测试案例可以选择https://github.com/learnopengles/Learn-OpenGLES-Tutorialshttps://github.com/ARM-software/opengl-es-sdk-for-android

2、安卓端和OpenCL:OpenCL相对来说资料会少一些,目前一些卷积神经网络推理框架也选择OpenCL,但是总体较为复杂,所以我推荐下载高通的Adreno GPU SDK,内置有几个opencl的测试案例。不过需要先注册账号,然后选择下载Adreno GPU SDK

3、vulkan:https://github.com/LunarG/VulkanSamples,这个支持的平台还比较多,不过为了测试方便,建议直接用ubuntu算是比较方便的了

一些基础的话也可以查看相关的官方资料,特别的OpenGLES可以找一本叫做OpenGLES中文指南的文档,对入门也很有帮助:

OpenGLES,https://www.khronos.org/opengles/resources

OpenCL,https://www.khronos.org/opencl/resources

Vulkan,https://www.khronos.org/vulkan/

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