内容简介

OpenCL领域公认的权威著作，由OpenCL核心设计人员亲自执笔，不仅全面而深刻地解读了OpenCL规范和编程模型，而且通过大量案例和代码演示了基于OpenCL编写并行程序和实现各种并行算法的原理、方法、流程和最佳实践，以及如何对OpenCL进行性能优化，如何对硬件进行探测和调整。

本书分为两大部分：第一部分（1～13章），从介绍OpenCL的核心思想和编写OpenCL程序的基础知识开始，对枯燥的OpenCL规范进行了深刻而系统的解读，旨在帮助读者全面、正确地理解OpenCL规范及其编程模型；第二部分（14~22章），提供了一系列经典的案例，如图像直方图、Sobel边界检测过滤器、并行实现Dijkstra单源最短路径图算法、Bullet Physics SDK中的布模拟、用快速傅里叶变换模拟海洋、光流、OpenCL与PyOpenCL结合使用，使用OpenCL完成矩阵相乘与稀疏矩阵矢量乘法等，目的是让读者通过案例熟练掌握编写复杂并行程序的方法和技巧。本书的附录收录了OpenCL规范定义的大量函数、命名常量和类型，可供程序员开发时查阅。

作品目录

译者序

序

前言

致谢

第一部分　OpenCL 1.1语言与API

第1章　OpenCL介绍2

1.1　什么是OpenCL，或者为什么需要这本书2

1.2　多核的未来：异构平台2

1.3　多核世界中的软件4

1.4　OpenCL的概念基础7

1.4.1　平台模型7

1.4.2　执行模型8

1.4.3　内存模型13

1.4.4　编程模型15

1.5　OpenCL与图形18

1.6　OpenCL的内容19

1.6.1　平台API19

1.6.2　运行时API20

1.6.3　内核编程语言20

1.6.4　OpenCL小结22

1.7　嵌入式简档22

1.8　学习OpenCL23

第2章　HelloWorld：一个OpenCL例子24

2.1　构建示例24

2.1.1　必备条件25

2.1.2　Mac OS X与Code::Blocks25

2.1.3　Microsoft Windows与Visual Studio26

2.1.4　Linux与Eclipse28

2.2　HelloWorld示例29

2.2.1　选择OpenCL平台并创建一个上下文31

2.2.2　选择设备并创建命令队列33

2.2.3　创建和构建程序对象34

2.2.4　创建内核和内存对象36

2.2.5　执行内核37

2.3　检查OpenCL中的错误39

第3章　平台、上下文和设备41

3.1　OpenCL平台41

3.2　OpenCL设备44

3.3　OpenCL上下文53

第4章　OpenCL C编程64

4.1　使用OpenCL C编写数据并行内核64

4.2　标量数据类型65

4.3　矢量数据类型67

4.3.1　矢量字面量68

4.3.2　矢量分量69

4.4　其他数据类型71

4.5　衍生类型71

4.6　隐式类型转换72

4.7　显式强制类型转换76

4.8　显式转换77

4.9　将数据重新解释为另一种类型80

4.10　矢量操作符82

4.10.1　算术操作符83

4.10.2　关系和相等操作符84

4.10.3　位操作符85

4.10.4　逻辑操作符85

4.10.5　条件操作符86

4.10.6　移位操作符86

4.10.7　一元操作符87

4.10.8　赋值操作符88

4.11　限定符89

4.11.1　函数限定符89

4.11.2　内核属性限定符90

4.11.3　地址空间限定符91

4.11.4　访问限定符94

4.11.5　类型限定符95

4.12　关键字95

4.13　预处理器指令和宏96

4.13.1　pragma指令97

4.13.2　宏98

4.14　限制99

第5章　OpenCL C内置函数101

5.1　工作项函数101

5.2　数学函数103

5.2.1　浮点pragma107

5.2.2　浮点常量108

5.2.3　相对误差作为ulp108

5.3　整数函数111

5.4　公共函数113

5.5　几何函数115

5.6　关系函数116

5.7　矢量数据加载和存储函数119

5.8　同步函数124

5.9　异步复制和预取函数125

5.10　原子函数127

5.11　杂项矢量函数130

5.12　图像读、写函数131

5.12.1　读图像132

5.12.2　采样器134

5.12.3　确定边界颜色137

5.12.4　写图像137

5.12.5　查询图像信息138

第6章　程序与内核140

6.1　程序和内核对象概述140

6.2　程序对象140

6.2.1　创建和构建程序141

6.2.2　程序构建选项143

6.2.3　由二进制码创建程序145

6.2.4　管理和查询程序153

6.3　内核对象153

6.3.1　创建内核对象和设置内核参数153

6.3.2　线程安全性156

6.3.3　管理和查询内核157

第7章　缓冲区和子缓冲区159

7.1　内存对象、缓冲区和子缓冲区概述159

7.2　创建缓冲区和子缓冲区160

7.3　查询缓冲区和子缓冲区166

7.4　读、写和复制缓冲区和子缓冲区167

7.5　映射缓冲区和子缓冲区180

第8章　图像和采样器183

8.1　图像和采样器对象183

8.2　创建图像对象184

8.2.1　图像格式187

8.2.2　查询图像支持189

8.3　创建采样器对象189

8.4　处理图像的OpenCL C函数192

8.5　传输图像对象194

第9章　事件201

9.1　命令、队列和事件概述201

9.2　事件和命令队列202

9.3　事件对象206

9.4　宿主机上生成事件208

9.5　影响宿主机上执行的事件209

9.6　使用事件完成评测212

9.7　内核中的事件216

9.8　OpenCL外部的事件217

第10章　与OpenGL的互操作218

10.1　OpenCL/OpenGL共享概述218

10.2　查询OpenGL共享扩展218

10.3　初始化OpenCL上下文实现OpenGL互操作220

10.4　从OpenGL缓冲区创建OpenCL缓冲区221

10.5　由OpenGL纹理创建OpenCL图像对象225

10.6　查询OpenGL对象的信息226

10.7　OpenGL和OpenCL之间的同步227

第11章　与Direct3D的互操作230

11.1　Direct3D/OpenCL共享概述230

11.2　初始化OpenCL上下文实现Direct3D互操作230

11.3　从Direct3D缓冲区和纹理创建OpenCL内存对象233

11.4　OpenCL中获取和释放Direct3D对象236

11.5　OpenCL中处理Direct3D纹理237

11.6　OpenCL中处理D3D顶点数据240

第12章　C++包装器API242

12.1　C++包装器API概述242

12.2　C++包装器API异常244

12.3　使用C++包装器API的矢量相加示例246

12.3.1　选择OpenCL平台并创建一个上下文246

12.3.2　选择一个设备并创建命令队列246

12.3.3　创建和构建程序对象247

12.3.4　创建内核和内存对象248

12.3.5　执行矢量相加内核248

第13章　OpenCL嵌入式简档253

13.1　OpenCL简档概述253

13.2　64位整数254

13.3　图像255

13.4　内置原子函数256

13.5　强制最小单精度数浮点能力256

13.6　OpenCL C程序中确定设备支持的简档258

第二部分　OpenCL 1.1案例研究

第14章　图像直方图260

14.1　计算图像直方图260

14.2　并行实现图像直方图261

14.3　对并行图像直方图的优化266

14.4　每个通道使用半浮点或浮点值计算直方图268

第15章　Sobel边界检测过滤器272

15.1　什么是Sobel边界检测过滤器272

15.2　实现Sobel过滤器作为OpenCL内核272

第16章　并行实现Dijkstra单源最短路径图算法276

16.1　图数据结构276

16.2　内核278

16.3　利用多个计算设备281

第17章　Bullet Physics SDK中的布模拟286

17.1　布模拟介绍286

17.2　模拟柔软物体288

17.3　CPU上执行模拟290

17.4　实现基本GPU执行所需要的修改291

17.5　两层分批296

17.6　SIMD计算和局部内存优化298

17.7　增加OpenGL互操作302

第18章　用快速傅里叶变换模拟海洋305

18.1　Ocean应用程序概述305

18.2　Phillips频谱生成308

18.3　OpenCL离散傅里叶变换311

18.3.1　确定2D分解311

18.3.2　使用局部内存312

18.3.3　确定子变换大小313

18.3.4　确定工作组大小314

18.3.5　得到旋转因子314

18.3.6　确定需要多少局部内存314

18.3.7　避免局部内存库冲突315

18.3.8　使用图像315

18.4　详细分析FFT内核315

18.5　详细分析转置内核318

第19章　光流320

19.1　光流问题概述320

19.2　用硬件线性插值提供亚像素精度328

19.3　纹理缓存的应用329

19.4　使用局部内存329

19.5　提前退出和硬件调度331

19.6　利用OpenGL互操作实现高效可视化331

19.7　性能332

第20章　用PyOpenCL使用OpenCL333

20.1　PyOpenCL介绍333

20.2　运行PyImageFilter2D示例333

20.3　PyImageFilter2D代码334

20.4　上下文和命令队列创建337

20.5　加载到图像对象338

20.6　创建和构建程序339

20.7　设置内核参数和执行内核340

20.8　读取结果340

第21章　使用OpenCL完成矩阵乘法342

21.1　基本矩阵乘法算法342

21.2　直接转换到OpenCL343

21.3　增加每个内核的工作量347

21.4　优化内存移动：局部内存350

21.5　性能结果和优化原来的CPU代码352

第22章　稀疏矩阵矢量乘法354

22.1　稀疏矩阵矢量乘法算法354

22.2　实现描述355

22.3　分块和分组稀疏矩阵表示357

22.4　首部结构359

22.5　分块分组稀疏矩阵设计考虑359

22.6　可选的组信息360

22.7　测试的硬件设备和结果360

22.8　其他优化领域372

附录A　OpenCL 1.1小结373