OpenCL

OpenCL簡介

　　OpenCL（全稱Open Computing Language，開放運(yùn)算語言）是第一個(gè)面向異構(gòu)系統(tǒng)通用目的并行編程的開放式、免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)統(tǒng)一的編程環(huán)境，便于軟件開發(fā)人員為高性能計(jì)算服務(wù)器、桌面計(jì)算系統(tǒng)、手持設(shè)備編寫高效輕便的代碼，而且廣泛適用于多核心處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、Cell類型架構(gòu)以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等其他并行處理器，在游戲、娛樂、科研、醫(yī)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(gòu)平臺(tái)編寫程序的框架，此異構(gòu)平臺(tái)可由CPU，GPU或其他類型的處理器組成。OpenCL由一門用于編寫kernels （在OpenCL設(shè)備上運(yùn)行的函數(shù)）的語言（基于C99）和一組用于定義并控制平臺(tái)的API組成。OpenCL提供了基于任務(wù)分割和數(shù)據(jù)分割的并行計(jì)算機(jī)制。OpenCL類似于另外兩個(gè)開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OpenGL和OpenAL，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別用于三維圖形和計(jì)算機(jī)音頻方面。OpenCL擴(kuò)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Open Computing Language，開放運(yùn)算語言）是第一個(gè)面向異構(gòu)系統(tǒng)通用目的并行編程的開放式、免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)統(tǒng)一的編程環(huán)境，便于軟件開發(fā)人員為高性能計(jì)算服務(wù)器、桌面計(jì)算系統(tǒng)、手持設(shè)備編寫高效輕便的代碼，而且廣泛適用于多核心處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、Cell類型架構(gòu)以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等其他并行處理器，在游戲、娛樂、科研、醫(yī)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(gòu)平臺(tái)編寫程序的框架，此異構(gòu)平臺(tái)可由CPU，GPU或其他類型的處理器組成。OpenCL由一門用于編寫kernels （在OpenCL設(shè)備上運(yùn)行的函數(shù)）的語言（基于C99）和一組用于定義并控制平臺(tái)的API組成。OpenCL提供了基于任務(wù)分割和數(shù)據(jù)分割的并行計(jì)算機(jī)制。OpenCL類似于另外兩個(gè)開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OpenGL和OpenAL，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別用于三維圖形和計(jì)算機(jī)音頻方面。OpenCL擴(kuò)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最初蘋果公司開發(fā)，擁有其商標(biāo)權(quán)，并在與AMD，IBM，英特爾和nVIDIA技術(shù)團(tuán)隊(duì)的合作之下初步完善。隨后，蘋果將這一草案提交至Khronos Group。2008年6月的WWDC大會(huì)上，蘋果提出了OpenCL規(guī)范，旨在提供一個(gè)通用的開放API，在此基礎(chǔ)上開發(fā)GPU通用計(jì)算軟件。隨后，Khronos Group宣布成立GPU通用計(jì)算開放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工作組，以蘋果的提案為基礎(chǔ)創(chuàng)立OpenCL行業(yè)規(guī)范。5個(gè)月后的2008年11月18日，該工作組完成了OpenCL 1.0規(guī)范的技術(shù)細(xì)節(jié)。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(xiàn)狀

　　2009年6月NVIDIA首家發(fā)布了支持OpenCL 1.0通用計(jì)算規(guī)范的驅(qū)動(dòng)程序，支持Windows和Linux操作系統(tǒng)。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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)置的HD4600/4400/4200 Iris（銳矩）5000/5100/pro 5200（自帶eDRAM緩存）支持OpenCL 1.2（未來可能升級(jí)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(tái)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、蘋果、ARM、Codeplay、愛立信、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(biāo)準(zhǔn)的支持者，不過微軟并不在其列。

　　使用介紹

　　目前，NVIDIA顯卡對(duì)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。中國用戶可以登錄英偉達(dá)中文官方網(wǎng)站上下載到最新的驅(qū)動(dòng)程序，只要您下載的驅(qū)動(dòng)是195.62版本或更高，就可以在Geforce（精視）8系列或更高級(jí)的顯卡中開啟OpenCL，在安裝好新版本的顯卡驅(qū)動(dòng)程序并重新啟動(dòng)后，OpenCL就自動(dòng)開啟了。當(dāng)有需要使用CPU來完成的工作如轉(zhuǎn)換視頻時(shí)，GPU就會(huì)幫助CPU進(jìn)行運(yùn)算，以提高轉(zhuǎn)換速度。但是在3D游戲中應(yīng)該是不會(huì)調(diào)用OpenCL的，因?yàn)轱@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(dāng)然同樣，在NVIDIA的Quadro系列專業(yè)顯卡中，同樣能夠使用OpenCL技術(shù)。只要您的顯卡能夠達(dá)到CUDA的要求，就能夠正常使用OpenCL，以獲得優(yōu)異的CPU運(yùn)算效率。在AMD-ATI的Stream技術(shù)中（現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)開發(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+語言開發(fā)，更適合VLIW5和VLIW4這樣的SIMD架構(gòu)），AMD Radeon HD7000和Radeon Rx 200系列支持AMD APP，運(yùn)算效率較老架構(gòu)提升十分明顯。OpenCL 1.0OpenCL 1.0主要由一個(gè)并行計(jì)算API和一種針對(duì)此類計(jì)算的編程語言組成，此外還特別定義了：1、C99編程語言并行擴(kuò)展子集;2、適用于各種類型異構(gòu)處理器的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和基于任務(wù)并行計(jì)算API;3、基于IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字條件;4、與OpenGL、OpenGL ES和其他圖形類API高效互通。OpenCL 1.1Khronos Group2010年6月15日宣布，OpenCL通用計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的1.1版本已經(jīng)發(fā)放，開發(fā)者可以免費(fèi)下載，并依照新標(biāo)準(zhǔn)開始進(jìn)行編程。OpenCL 1.1標(biāo)準(zhǔn)向下兼容1.0版，提供了更多的新功能，并對(duì)性能進(jìn)行了改善。主要新特性包括：- 支持新數(shù)據(jù)類型，如3維矢量和新增圖像格式。- 支持處理多Host指令以及跨設(shè)備Buffer處理。- Buffer區(qū)域操作，包括對(duì)1D、2D、3D三角形區(qū)域的讀、寫和拷貝操作。- 改進(jìn)驅(qū)動(dòng)和控制指令執(zhí)行的事件應(yīng)用。- 增加OpenCL內(nèi)建C功能。- 通過鏈接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(biāo)準(zhǔn)由Khronos Group的OpenCL工作組制定，完全開放，任何開發(fā)者都可免費(fèi)使用。OpenCL工作組成員包括（英文首字母排序）：3DLABS、動(dòng)視暴雪、AMD、蘋果、ARM、Broadcom、CodePlay、EA、愛立信、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(yàn)室、摩托羅拉、Movidia、諾基亞、NVIDIA、Petapath、QNX、高通、RapidMind、三星、Seaweed、S3、意法半導(dǎo)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(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的2.0版本特性，其中對(duì)共享虛擬內(nèi)存的支持是一大亮點(diǎn)（此前NVIDIA發(fā)布了CUDA 6規(guī)范也同樣支持共享虛擬內(nèi)存，但目前僅限Kepler和Maxwell架構(gòu)的N卡。此外，AMD的GCN架構(gòu)顯卡同樣支持。AMD的Kaveri APU支持HSA異構(gòu)計(jì)算和hUMA統(tǒng)一物理尋址，較虛擬共享更加先進(jìn)。）1、共享虛擬內(nèi)存主機(jī)和設(shè)備內(nèi)核可以直接共享復(fù)雜的、包含指針的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大大提高編程靈活性，避免冗余的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。2、動(dòng)態(tài)并行設(shè)備內(nèi)核可以在無需主機(jī)交互的情況下進(jìn)行內(nèi)核排隊(duì)，實(shí)現(xiàn)靈活的工作調(diào)度，避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，大大減輕主處理器的負(fù)擔(dān)。3、通用內(nèi)存空間無需指定地址空間名稱即可為引數(shù)（argument）編寫函數(shù)，不用再為程序里的每一個(gè)地址空間名稱編寫函數(shù)。4、圖像改進(jìn)圖像支持，包括sRGB、3D，內(nèi)核可以讀寫同一圖像。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(nèi)6、Pipes以FIFO格式組織數(shù)據(jù)的內(nèi)存對(duì)象，可以直接讀寫，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可簡單編程、高度優(yōu)化。7、安卓可安裝客戶端驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展安卓系統(tǒng)上可將OpenCL作為共享對(duì)象進(jìn)行載入

　　框架組成

　　OpenCL平臺(tái)API：平臺(tái)API定義了宿主機(jī)程序發(fā)現(xiàn)OpenCL設(shè)備所用的函數(shù)以及這些函數(shù)的功能，另外還定義了為OpenCL應(yīng)用創(chuàng)建上下文的函數(shù)。OpenCL運(yùn)行時(shí)API：這個(gè)API管理上下文來創(chuàng)建命令隊(duì)列以及運(yùn)行時(shí)發(fā)生的其他操作。例如，將命令提交到命令隊(duì)列的函數(shù)就來自O(shè)penCL運(yùn)行時(shí)API。OpenCL編程語言：這是用來編寫內(nèi)核代碼的編程語言。它基于ISO C99標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)擴(kuò)展子集，因此通常稱為OpenCL C編程語言。［2］ 把上述單獨(dú)的部分匯集起來，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(jī)程序。如上圖中中的上下文包含兩個(gè)OpenCL設(shè)備、一個(gè)CPU和一個(gè)GPU。接下來定義了命令隊(duì)列。這里有兩個(gè)隊(duì)列，一個(gè)是面向GPU的有序命令隊(duì)列，另一個(gè)是面向CPU的亂序命令隊(duì)列。然后宿主機(jī)程序定義一個(gè)程序?qū)ο?，這個(gè)程序?qū)ο缶幾g后將為兩個(gè)OpenCL設(shè)備（CPU和GPU）生成內(nèi)核。接下來宿主機(jī)程序定義程序所需的內(nèi)存對(duì)象，并把它們映射到內(nèi)核的參數(shù)。最后，宿主機(jī)程序?qū)⒚罘湃朊铌?duì)列來執(zhí)行這些內(nèi)核。