使用 OpenCL.Net 进行 C# GPU 并行编程

在 初探 C# GPU 通用计算技术 中，我使用 Accelerator 编写了一个简单的 GPU 计算程序。也简单看了一些 Brahma 的代码，从它的 SVN 最新代码看，Brahma 要转移到使用 OpenCL.Net 作为底层了，于是也去网上搜索了一下，发现了 OpenCL.Net 和另一个相关的项目 OpenCLTemplate。

 

看了一些它的代码，颇像 DirectCompute 的风格，其 GPU 程序是标准 C 代码，所以编写和阅读也容易一些，而 Host 程序是 C# 的，把 GPU 代码字符串传给编译器进行编译，然后就可以在 C# 对它进行调用，并且取回结果了。

 

安装了 ati-stream-sdk-v2.1-vista-win7-64，折腾了一下它的例子程序 FirstOpenCLProgram，运行时会抛出一个 InvalidContext 的异常，到它的论坛去问，版主建议我安装 ati 最新 driver 先，虽然觉得本本刚买没几天，应该驱动比较新，还是去安装了最新的驱动，果然不再报异常了。只是如果直接引用 OpenCLTemplate 下的 OpenCL.NET.dll 和 OpenCLTemplate.dll 的话，在初始化的时候会报空指针；而引用 FirstOpenCLProgram 下的这两个 dll 的话，则初始化时会闪现好几个控制台窗口，但是后续都是正常的。

 

既然正常了，就还是以上次那个程序，来看看 OpenCL 的方式，会不会有更大的速度提升。

 

使用 OpenCL 的程序代码如下：

 

 

private const int GridSize = 1024;
private readonly float[] _map;

private const string Code = @"
__kernel void Test(__global float* v1)
{
    int i = get_global_id(0);
    float p = v1[i];
    v1[i] = p * p * p / 4 + 194;
}";
private readonly CLCalc.Program.Kernel _test;
private readonly CLCalc.Program.Variable _vmap;
private readonly CLCalc.Program.Variable[] _args;
private readonly int[] _workers;

public Form1()
{
    InitializeComponent();

    _map = new float[GridSize * GridSize];
    for (int y = 0; y < GridSize; y++)
    {
        for (int x = 0; x < GridSize; x++)
        {
            _map[x * GridSize + y] = x * y;
        }
    }

    CLCalc.InitCL();
    CLCalc.Program.Compile(new[] { Code });
    _test = new CLCalc.Program.Kernel("Test");
    _vmap = new CLCalc.Program.Variable(_map);
    _args = new[] { _vmap };
    _workers = new[] { GridSize * GridSize };

    Render();
}

private void Start_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var stopwatch = new Stopwatch();
    stopwatch.Start();

    _test.Execute(_args, _workers);
    _vmap.ReadFromDeviceTo(_map);

    var time = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
    this.Text = time.ToString();
    Render();
}

private void Render()
{
    var workingBitmap = new Bitmap(pictureBox1.Width, pictureBox1.Height);

    for (int y = 0; y < pictureBox1.Height; y++)
    {
        for (int x = 0; x < pictureBox1.Width; x++)
        {
            workingBitmap.SetPixel(x, y, Color.FromArgb(-0x1000000 | (int)_map[x * 2 * GridSize + y * 2]));
        }
    }
    pictureBox1.Image = workingBitmap;
}

 

 

运行程序，点击 4 次按钮，显示图形和前两个程序相同，说明程序运算正常，4 次时间为：8、8、7、8。比使用 Accelerator 的程序速度也快了 5 倍以上。

 

因为是标准 C 程序，所以我们的自由度很大，我也在 OpenCL 下实现了一下 Life 游戏，C# 部分的代码就不贴了，GPU 代码如下：

 

 

#define width 512
#define length 262144

int GetValue(__global int* v, int index)
{
    if(index < 0 || index >= length)
    {
        return 0;
    }
    return v[index] == 0 ? 0 : 1;
};

__kernel void Test(__global int* v)
{
    int i = get_global_id(0);
    int topLeft = GetValue(v, i - width - 1);
    int top = GetValue(v, i - width);
    int topRight = GetValue(v, i - width + 1);
    int left = GetValue(v, i - 1);
    int current = GetValue(v, i);
    int right = GetValue(v, i + 1);
    int bottomLeft = GetValue(v, i + width - 1);
    int bottom = GetValue(v, i + width);
    int bottomRight = GetValue(v, i + width + 1);
    int liveNeighbors = topLeft + top + topRight + left + right + bottomLeft + bottom + bottomRight;
    if(current > 0)
    {
        v[i] = ((liveNeighbors < 2) || (liveNeighbors > 3)) ? 0 : 255;
    }
    else
    {
        v[i] = (liveNeighbors == 3) ? 255 : 0;
    }
};

 

 

很长时间不用 C，有很多像函数声明顺序等规则都忘了，好的一点是 OpenCL.Net 中还提供了 OpenCLCodeChecker，用来进行代码检测，同时也在侧边栏里提供了语言帮助，只是它的检测稍嫌弱智，代码稍微复杂，提示的错误位置很奇怪，有时候告知编译出错，Log 里面却没有任何错误信息。不过总体来说，帮助还是很大就是了。

 

这个 Life 程序，有一个小 Bug，在于没有判断超出右边界的代码，所以如果左边有生物，右边虽然原来没有生物，也会无中生有 :)

 

总的来说，用 OpenCL.Net 编程，感觉还是很愉快的。