Ray Tracing op GPU en CPU - EDM - UHasselt

Hoofdstuk 4
GPU programmeren
Dit hoofdstuk handelt over hoe de GPU geprogrammeerd kan worden. Vooraleer
we daar toe komen, zullen we de GPU abstraheren tot het stream programming
model. Vervolgens zullen we dit mappen op een concrete taal, namelijk Cg 1 .
Er zal aangehaald worden hoe typische shaders, alsook general purpose shaders,
eruitzien in Cg. Uiteindelijk worden de moeilijkheden van het huidige GPU
programmeren in kaart gebracht.
4.1 Stream programming model
Het stream programming model is een model dat programma’s oplegt op een
bepaalde manier geschreven te zijn. Localiteit in de inputdata en parallellisme
dienen hiervoor expliciet aangegeven te zijn in het programma. Dit maakt dat
het gecompileerd en geoptimaliseerd kan worden voor stream processoren.
Het stream programming model bestaat enkel uit streams, kernels en een
read-only geheugen. Een stream is een verzameling van records, waarop een
kernel operaties kan uitvoeren. Een kernel is een proces dat gegeven een record
van de input stream, een output stream record genereert. Meerdere output
streams zijn eventueel mogelijk (bv. handig voor het sorteren van data). Zie
figuur 4.1 voor een schematische voorstelling.
De GPU kunnen we beschouwen als een stream processor, wat natuurlijk de
reden is waarom we dit model bespreken. Een vertex shader krijgt als input
stream een verzameling vertices (met normalen, kleuren, . . . ). De shader zelf
is dus de voorgenoemde kernel. De output stream bevat opnieuw vertices (en
dergelijke), die dan opgebouwd zijn op basis van een input record, en het readonly
geheugen. Het read-only geheugen kan bijvoorbeeld bestaan uit 3D vectoren,
een array van floats, . . . . Dit geheugen is dus constant voor alle records.
Daarom dat er ook wel gesproken wordt van globaal read-only geheugen. Een
concrete GPU versie van figuur 4.1 wordt gegeven in figuur 4.2.
1 C for graphics
20