Разработка на CUDA с использованием Thrust Михаил Смирнов. - презентация

1 Разработка на CUDA с использованием Thrust Михаил Смирнов

2 2011 #include int main(void) { // сгенерировать 32M случайных чисел на хосте thrust::host_vector h_vec(32

3 2011 Thrust Библиотека шаблонов для CUDA – похожа на STL Контейнеры – основная память и память устройства Алгоритмы – transform, sort, reduce, scan, … Итераторы

4 2011 Контейнеры Автоматическое управление памятью thrust::device_vector d_vec1 (10); // доступ к памяти устройства с хоста d_vec1[0] = 11; d_vec1[1] = 12; // вектор в основной памяти thrust::host_vector h_vec (10); // копирование данных в память устройства thrust::device_vector d_vec2 = h_vec; // чтение данных из памяти устройства std::cout

5 2011 Контейнеры Совместимость с STL // STL список в основной памяти std::list h_list; h_list.push_back (10); h_list.push_back (11); // вектор в памяти устройства thrust::device_vector d_vec; // инициализация значениями из списка thrust::copy(h_list.begin(), h_list.end(), d_vec.begin()); // альтернативный подход: использование конструктора thrust::device_vector d_vec(h_list.begin(), h_list.end());

6 2011 Отдельное пространство имен Позволяет избежать конфликтов с STL // вектор в основной памяти thrust::host_vector h_vec (10); // сортировка средствами Thrust thrust::sort (h_vec.begin(), h_vec.end()); // сортировка средствами STL std::sort (h_vec.begin(), h_vec.end()); // получить доступ к именам из пространства thrust using namespace thrust; // вызов без использования квалификатора int sum = reduce (d_vec.begin(), d_vec.end());

7 2011 Итераторы Пара итераторов задает диапазон // выделить память устройства device_vector d_vec(10); // объявление итераторов device_vector ::iterator begin = d_vec.begin(); device_vector ::iterator end = d_vec.end(); device_vector ::iterator middle = begin + 5; // просуммировать половинки вектора отдельно int sum_half1 = reduce(begin, middle); int sum_half2 = reduce(middle, end); // пустой диапазон int empty = reduce(begin, begin);

8 2011 Итераторы Работают как указатели // переменные типа iterator thrust::device_vector ::iterator begin = d_vec.begin (); thrust::device_vector ::iterator end = d_vec.end (); // арифметические действия как с указателями begin++; // разыменование на хосте итераторов для памяти устройства int a = *begin; int b = begin[3]; // длина отрезка [begin, end) int size = end - begin;

9 2011 Итераторы Содержат информацию о расположении памяти (хост/устройство) – Автоматический выбор алгоритма // генерация случайных чисел на хосте host_vector h_vec (10); generate (h_vec.begin (), h_vec.end (), rand); // скопировать данные на устройство device_vector d_vec = h_vec; // посчитать сумму на хосте int h_sum = reduce (h_vec.begin (), h_vec.end ()); // посчитать сумму на устройстве int d_sum = reduce (d_vec.begin (), d_vec.end ());

10 2011 Алгоритмы Поэлементные операции – for_each, transform, gather, scatter, … Редукции – reduce, inner_product, reduce_by_key, … Префиксные суммы – inclusive_scan, inclusive_scan_by_key, … Сортировка – sort, stable_sort, sort_by_key, …

11 2011 Алгоритмы Работают с диапазонами – один или несколько // выделить память на устройстве device_vector A(10); device_vector B(10); device_vector C(10); // сортировка A (in-place) sort(A.begin(), A.end()); // A -> B copy(A.begin(), A.end(), B.begin()); // A + B -> C transform(A.begin(), A.end(), B.begin(), C.begin(), plus ());

12 2011 Алгоритмы Стандартные операторы // выделить память device_vector A(10); device_vector B(10); device_vector C(10); // A + B -> C transform(A.begin(), A.end(), B.begin(), C.begin(), plus ()); // A - B -> C transform(A.begin(), A.end(), B.begin(), C.begin(), minus ()); // произведение всех элементов (редукция с умножением) int product = reduce(A.begin(), A.end(), 1, multiplies ());

13 2011 Алгоритмы Стандартные типы данных // выделить память device_vector i_vec=... device_vector f_vec=... // сумма целых чисел int i_sum= reduce(i_vec.begin(), i_vec.end()); // сумма вещественных чисел одинарной точности float f_sum= reduce(f_vec.begin(), f_vec.end());

14 2011 Алгоритмы Пользовательские типы данных Пользовательские операции

15 2011 Алгоритмы // вычислить коэффициент наклона прямой struct GetSlope { __host__ __device__ float operator() (float2 vec) { return vec.x / vec.y; } }; // выделить память device_vector d_vec; Init (d_vec); device_vector d_slopes (d_vec.size ()); // создать функтор GetSlope func; // преобразовать каждый элемент transform (d_vec.begin (), d_vec.end (), d_slopes.begin (), func);

16 2011 Алгоритмы // сравнить компоненту x двух структур float2 struct CompareFloat2 { __host__ __device__ bool operator() (float2 a, float2 b) { return a.x < b.x; } }; // выделить память device_vector vec =... // создать функтор CompareFloat2 comp; // сортировать элементы по компоненте x sort(vec.begin(), vec.end(), comp);

17 2011 Взаимодействие с обычным кодом Преобразование итераторов в указатели // выделение памяти thrust::device_vector d_vec(4); // получение указателя на память вектора int* ptr = thrust::raw_pointer_cast(&d_vec[0]); // использование ptr в обычном CUDA C my_kernel >>(N, ptr); // Указатель ptr не может быть разыменован на хосте!

18 2011 Взаимодействие с обычным кодом device_ptr – обертка для указателей // обычный указатель на память устройства int* raw_ptr; cudaMalloc((void**) &raw_ptr, N * sizeof(int)); // обертка device_ptr dev_ptr(raw_ptr); // использование device_ptr в алгоритмах Thrust fill(dev_ptr, dev_ptr + N, (int) 0); // доступ к памяти через device_ptr dev_ptr[0] = 1; // освободить память cudaFree(raw_ptr);

19 2011 Thrust Контейнеры – автоматическое управление памятью Итераторы – знают, в какой памяти расположены данные Алгоритмы – работают с диапазонами – пользовательские типы данных – пользовательские операции

20 2011 Thrust Тщательно тестируется Открытый код – репозиторий на Google Code – Apache v2 Активное сообщество – 300+ участников в cusp-users (Google Groups)

21 2011 Ссылки Thrust на Google Code Thrust на Google Code thrust-users на Google Groups thrust-users на Google Groups Основано на презентации High-Productivity CUDA Development with the Thrust Template Library, Nathan Bell (NVIDIA Research), GTC 2010