OpenCL

OpenCL簡(jiǎn)介

　　OpenCL（全稱(chēng)Open Computing Language，開(kāi)放運算語(yǔ)言）是第一個(gè)面向異構系統通用目的并行編程的開(kāi)放式、免費標準，也是一個(gè)統一的編程環(huán)境，便于軟件開(kāi)發(fā)人員為高性能計算服務(wù)器、桌面計算系統、手持設備編寫(xiě)高效輕便的代碼，而且廣泛適用于多核心處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、Cell類(lèi)型架構以及數字信號處理器（DSP）等其他并行處理器，在游戲、娛樂(lè )、科研、醫療等各種領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展前景。

　　基本信息

　　OpenCL是一個(gè)為異構平臺編寫(xiě)程序的框架，此異構平臺可由CPU，GPU或其他類(lèi)型的處理器組成。OpenCL由一門(mén)用于編寫(xiě)kernels （在OpenCL設備上運行的函數）的語(yǔ)言（基于C99）和一組用于定義并控制平臺的API組成。OpenCL提供了基于任務(wù)分割和數據分割的并行計算機制。OpenCL類(lèi)似于另外兩個(gè)開(kāi)放的工業(yè)標準OpenGL和OpenAL，這兩個(gè)標準分別用于三維圖形和計算機音頻方面。OpenCL擴展了GPU用于圖形生成之外的能力。OpenCL由非盈利性技術(shù)組織Khronos Group掌管。

OpenCL百科

　　OpenCL（全稱(chēng)Open Computing Language，開(kāi)放運算語(yǔ)言）是第一個(gè)面向異構系統通用目的并行編程的開(kāi)放式、免費標準，也是一個(gè)統一的編程環(huán)境，便于軟件開(kāi)發(fā)人員為高性能計算服務(wù)器、桌面計算系統、手持設備編寫(xiě)高效輕便的代碼，而且廣泛適用于多核心處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、Cell類(lèi)型架構以及數字信號處理器（DSP）等其他并行處理器，在游戲、娛樂(lè )、科研、醫療等各種領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展前景。

　　基本信息

　　OpenCL是一個(gè)為異構平臺編寫(xiě)程序的框架，此異構平臺可由CPU，GPU或其他類(lèi)型的處理器組成。OpenCL由一門(mén)用于編寫(xiě)kernels （在OpenCL設備上運行的函數）的語(yǔ)言（基于C99）和一組用于定義并控制平臺的API組成。OpenCL提供了基于任務(wù)分割和數據分割的并行計算機制。OpenCL類(lèi)似于另外兩個(gè)開(kāi)放的工業(yè)標準OpenGL和OpenAL，這兩個(gè)標準分別用于三維圖形和計算機音頻方面。OpenCL擴展了GPU用于圖形生成之外的能力。OpenCL由非盈利性技術(shù)組織Khronos Group掌管。

　　歷史發(fā)展

　　OpenCL最初蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)，擁有其商標權，并在與AMD，IBM，英特爾和nVIDIA技術(shù)團隊的合作之下初步完善。隨后，蘋(píng)果將這一草案提交至Khronos Group。2008年6月的WWDC大會(huì )上，蘋(píng)果提出了OpenCL規范，旨在提供一個(gè)通用的開(kāi)放API，在此基礎上開(kāi)發(fā)GPU通用計算軟件。隨后，Khronos Group宣布成立GPU通用計算開(kāi)放行業(yè)標準工作組，以蘋(píng)果的提案為基礎創(chuàng )立OpenCL行業(yè)規范。5個(gè)月后的2008年11月18日，該工作組完成了OpenCL 1.0規范的技術(shù)細節。2010年6月14日，OpenCL 1.1 發(fā)布。2011年11月15日，OpenCL 1.2 發(fā)布。2013年11月19日，OpenCL 2.0發(fā)布。

　　支持現狀

　　2009年6月NVIDIA首家發(fā)布了支持OpenCL 1.0通用計算規范的驅動(dòng)程序，支持Windows和Linux操作系統。2009年8月初AMD首次發(fā)布了可支持IA處理器（x86和amd64/x64）的OpenCL SDK——ATI Stream SDK v2.0Beta，立即交由業(yè)界標準組織KHRONOS進(jìn)行審核。目前，該SDK更名為AMD APP SDK。2012年2月，intel發(fā)布了The Intel® SDK for OpenCL* Applications 2012，支持OpenCL 1.1基于帶HD4000/2500的顯示核心的第三代酷睿CPU（i3，i5，i7）。和GPU。2013年6月，intel發(fā)布了第四代酷睿CPU haswell 其內置的HD4600/4400/4200 Iris（銳矩）5000/5100/pro 5200（自帶eDRAM緩存）支持OpenCL 1.2（未來(lái)可能升級到OpenCL 2.0）NVIDIA顯卡方面 Geforce 8000\9000\100\200\300\400\500\600\700\800\900\1000均支持OpenCL 1.0-1.2AMD顯卡方面 Radeon HD 4000\5000\6000\7000\Rx 200\Rx 300\RX 480 均支持OpenCL 1.0-1.2，除Radeon HD4000系列外，其余均會(huì )支持OpenCL 2.0移動(dòng)平臺方面目前高通adreno320/330提供了Android上的OpenCL1.1支持，NVIDIA的Tegra K1也提供了OpenCL 支持。

　　組織成員

　　OpenCL工作組的成員包括：3Dlabs、AMD、蘋(píng)果、ARM、Codeplay、愛(ài)立信、飛思卡爾、華為、HSA基金會(huì )、GraphicRemedy、IBM、Imagination Technologies、Intel、諾基亞、NVIDIA、摩托羅拉、QNX、高通，三星、Seaweed、德州儀器、布里斯托爾大學(xué)、瑞典Ume大學(xué)。［1］ 像Intel、NVIDIA和AMD都是這個(gè)標準的支持者，不過(guò)微軟并不在其列。

　　使用介紹

　　目前，NVIDIA顯卡對OpenCL技術(shù)支持得比較到位，所以這里僅用NVIDIA的Geforce（精視）系列顯卡作解釋。中國用戶(hù)可以登錄英偉達中文官方網(wǎng)站上下載到最新的驅動(dòng)程序，只要您下載的驅動(dòng)是195.62版本或更高，就可以在Geforce（精視）8系列或更高級的顯卡中開(kāi)啟OpenCL，在安裝好新版本的顯卡驅動(dòng)程序并重新啟動(dòng)后，OpenCL就自動(dòng)開(kāi)啟了。當有需要使用CPU來(lái)完成的工作如轉換視頻時(shí)，GPU就會(huì )幫助CPU進(jìn)行運算，以提高轉換速度。但是在3D游戲中應該是不會(huì )調用OpenCL的，因為顯卡有自己的硬件加速功能以及物理引擎，所以Geforce（精視）8系列及以上的顯卡就不需要CPU輔助進(jìn)行渲染了。這時(shí)候，您就可以一邊玩游戲，一邊進(jìn)行消耗CPU的工作了。當然同樣，在NVIDIA的Quadro系列專(zhuān)業(yè)顯卡中，同樣能夠使用OpenCL技術(shù)。只要您的顯卡能夠達到CUDA的要求，就能夠正常使用OpenCL，以獲得優(yōu)異的CPU運算效率。在A(yíng)MD-ATI的Stream技術(shù)中（現已經(jīng)改名為AMD APP并行加速技術(shù)），已經(jīng)為日常使用、辦公、游戲等提供物理加速?；贠penCL標準開(kāi)發(fā)，其中，ATI Radeon HD 4000-5000、AMD Radeon HD 6000系列同時(shí)支持ATI Stream和AMD APP（由于Stream基于CAL和Brook+語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，更適合VLIW5和VLIW4這樣的SIMD架構），AMD Radeon HD7000和Radeon Rx 200系列支持AMD APP，運算效率較老架構提升十分明顯。OpenCL 1.0OpenCL 1.0主要由一個(gè)并行計算API和一種針對此類(lèi)計算的編程語(yǔ)言組成，此外還特別定義了：1、C99編程語(yǔ)言并行擴展子集;2、適用于各種類(lèi)型異構處理器的坐標數據和基于任務(wù)并行計算API;3、基于IEEE 754標準的數字條件;4、與OpenGL、OpenGL ES和其他圖形類(lèi)API高效互通。OpenCL 1.1Khronos Group2010年6月15日宣布，OpenCL通用計算標準的1.1版本已經(jīng)發(fā)放，開(kāi)發(fā)者可以免費下載，并依照新標準開(kāi)始進(jìn)行編程。OpenCL 1.1標準向下兼容1.0版，提供了更多的新功能，并對性能進(jìn)行了改善。主要新特性包括：- 支持新數據類(lèi)型，如3維矢量和新增圖像格式。- 支持處理多Host指令以及跨設備Buffer處理。- Buffer區域操作，包括對1D、2D、3D三角形區域的讀、寫(xiě)和拷貝操作。- 改進(jìn)驅動(dòng)和控制指令執行的事件應用。- 增加OpenCL內建C功能。- 通過(guò)鏈接OpenCL和OpenGL事件，高效共享圖像和Buffer，改進(jìn)與OpenGL的互操作性。OpenCL標準由Khronos Group的OpenCL工作組制定，完全開(kāi)放，任何開(kāi)發(fā)者都可免費使用。OpenCL工作組成員包括（英文首字母排序）：3DLABS、動(dòng)視暴雪、AMD、蘋(píng)果、ARM、Broadcom、CodePlay、EA、愛(ài)立信、飛思卡爾、富士通、通用電氣、GraphicRemedy、HI、IBM、Intel、Imagination Technologies、美國Los Alamos國家實(shí)驗室、摩托羅拉、Movidia、諾基亞、NVIDIA、Petapath、QNX、高通、RapidMind、三星、Seaweed、S3、意法半導體、Takumi、德州儀器、東芝和Vivante。OpenCL 2.0Khronos Group2013年11月19日宣布了OpenCL通用計算標準的2.0版本特性，其中對共享虛擬內存的支持是一大亮點(diǎn)（此前NVIDIA發(fā)布了CUDA 6規范也同樣支持共享虛擬內存，但目前僅限Kepler和Maxwell架構的N卡。此外，AMD的GCN架構顯卡同樣支持。AMD的Kaveri APU支持HSA異構計算和hUMA統一物理尋址，較虛擬共享更加先進(jìn)。）1、共享虛擬內存主機和設備內核可以直接共享復雜的、包含指針的數據結構，大大提高編程靈活性，避免冗余的數據轉移。2、動(dòng)態(tài)并行設備內核可以在無(wú)需主機交互的情況下進(jìn)行內核排隊，實(shí)現靈活的工作調度，避免數據轉移，大大減輕主處理器的負擔。3、通用內存空間無(wú)需指定地址空間名稱(chēng)即可為引數（argument）編寫(xiě)函數，不用再為程序里的每一個(gè)地址空間名稱(chēng)編寫(xiě)函數。4、圖像改進(jìn)圖像支持，包括sRGB、3D，內核可以讀寫(xiě)同一圖像。5、C11原子操作新的C11原子和同步操作子集，分配在同一工作組內6、Pipes以FIFO格式組織數據的內存對象，可以直接讀寫(xiě)，數據結構可簡(jiǎn)單編程、高度優(yōu)化。7、安卓可安裝客戶(hù)端驅動(dòng)擴展安卓系統上可將OpenCL作為共享對象進(jìn)行載入

　　框架組成

　　OpenCL平臺API：平臺API定義了宿主機程序發(fā)現OpenCL設備所用的函數以及這些函數的功能，另外還定義了為OpenCL應用創(chuàng )建上下文的函數。OpenCL運行時(shí)API：這個(gè)API管理上下文來(lái)創(chuàng )建命令隊列以及運行時(shí)發(fā)生的其他操作。例如，將命令提交到命令隊列的函數就來(lái)自OpenCL運行時(shí)API。OpenCL編程語(yǔ)言：這是用來(lái)編寫(xiě)內核代碼的編程語(yǔ)言。它基于ISO C99標準的一個(gè)擴展子集，因此通常稱(chēng)為OpenCL C編程語(yǔ)言。［2］ 把上述單獨的部分匯集起來(lái)，形成OpenCL的一個(gè)全景圖，如下圖所示：

　　OpenCL全景圖首先是一個(gè)定義上下文的宿主機程序。如上圖中中的上下文包含兩個(gè)OpenCL設備、一個(gè)CPU和一個(gè)GPU。接下來(lái)定義了命令隊列。這里有兩個(gè)隊列，一個(gè)是面向GPU的有序命令隊列，另一個(gè)是面向CPU的亂序命令隊列。然后宿主機程序定義一個(gè)程序對象，這個(gè)程序對象編譯后將為兩個(gè)OpenCL設備（CPU和GPU）生成內核。接下來(lái)宿主機程序定義程序所需的內存對象，并把它們映射到內核的參數。最后，宿主機程序將命令放入命令隊列來(lái)執行這些內核。