GPGPU OpenCL/CUDA 高性能编程的10大注意事项

转载自：http://hc.csdn.net/contents/content_details?type=1&id=341

1.展开循环

如果提前知道了循环的次数，可以进行循环展开，这样省去了循环条件的比较次数。但是同时也不能使得kernel代码太大。

  #include
  using namespace std;
 
  int main(){
      int sum=;
      for(int i=;i<=;i++){
          sum+=i;
      }
 
     sum=;
     for(int i=;i<=;i=i+){
         sum+=i;
         sum+=i+;
         sum+=i+;
         sum+=i+;
         sum+=i+;
     }
     return ;
 }

2.避免处理非标准化数字

OpenCL中非标准化数字，是指数值小于最小能表示的正常值。由于计算机的位数有限，表示数据的范围和精度都不可能是无限的。(具体可以查看IEEE 754标准，http://zh.wikipedia.org/zh-cn/IEEE_754)

在OpenCL中使用非标准化数字，可能会出现“除0操作”，处理很耗时间。

如果在kernel中“除0”操作影响不大的话，可以在编译选项中加入-cl-denorms-are-zero，如：

clBuildProgram(program, 0, NULL, "-cl-denorms-are-zero", NULL, NULL);

3.通过编译器选项传输常量基本类型数据到kernel，而不是使用private memory

如果程序中需要给kernel 传输常量基本类型数据，最好是使用编译器选项，比如宏定义。而不是，每个work-item都定义一个private memory变量。这样编译器在编译时，会直接进行变量替换，不会定义新的变量，节省空间。

如下面代码所示(Dmacro.cpp)：

1 #include
2 int main()
3 {
4     int a=SIZE;
5     printf("a=%d, SIZE=%d\n",a,SIZE);
6     return 0;
7 }

编译：

g++ -DSIZE=128 -o A Dmacro.cpp

4.如果共享不重要的话，保存一部分变量在private memory而不是local memory

work-item访问private memory速度快于local memory，因此可以把一部分变量数据保存在private memory中。当然，当private memory容量满时，GPU硬件会自动将数据转存到local memory中。

5.访问local memory应避免bank conflicts

local memory被组织为一个一个的只能被单独访问的bank，bank之间交叉存储数据，以便连续的32bit被保存在连续的bank中。如下图所示：

(1)如果多个work-item访问连续的local memory数据，他们就能最大限度的实现并行读写。

(2)如果多个work-item访问同一个bank中的数据，他们就必须顺序执行，严重降低数据读取的并行性。因此，要合理安排数据在local memory中的布局。

(3)特殊情况，如果一个wave/warp中的线程同时读取一个local memory中的一个地址，这时将进行广播，不属于bank 冲突。

6.避免使用”%“操作

"%"操作在GPU或者其他OpenCL设备上需要大量的处理时间，如果可能的话尽量避免使用模操作。

7.kernel中重用(Reuse) private memory，为同一变量定义不同的宏

如果kernel中有两个或者以上的private variable在代码中使用(比如一个在代码段A，一个在代码段B中)，但是他们可以被数值相同。

也就是当一个变量用作不同的目的时，为了避免代码中的命名困惑，可以使用宏。在一个变量上定义不同的宏。

1 #include
 2 int main(){
 3     int i=4;
 4     #define EXP i
 5             printf("EXP=%d\n",EXP);
 6
 7     #define COUNT i
 8             printf("COUNT=%d\n",COUNT);
 9     getchar();
10     return 0;
11 }

8.对于(a*b+c)操作，尽量使用 fma function

如果定义了“FP_FAST_FMAF”宏，就可以使用函数fma(a,b,c)精确的计算a*b+c。函数fma(a,b,c)的执行时间小于或等于计算a*b+c。

9.在program file 文件中对非kernel的函数使用inline

inline修饰符告诉编译器在调用inline函数的地方，使用函数体替换函数调用。虽然会使得编译后的代码占用memory增加，但是省去了函数调用时上下、函数调用栈的切换操作，节省时间。

10.避免分支预测惩罚，应该尽量使得条件判断为真的可能性大

现代处理器一般都会进行“分支预测”，以便更好的提前“预取”下一条要执行的指令，使得“取指令、译码分析、执行、保存”尽可能的并行。

在“分支预测”出错时，提前取到的指令，不是要执行的指令，就需要根据跳转指令，进行重新取指令，就是“分支预测惩罚”。

看如下的代码：

 #include
  int main()
  {
     int i=;
     int b=;
     if(i == )
             b=;
      else
          b=;
     return ;
 }

对应的汇编代码：

(movl 赋值，cmpl 比较，jne 不等于跳转，jmp 无条件跳转)

从上面的汇编指令代码看出，如果比较(<main+24>)结果相等，则执行<main+26>也就是比较指令的下一条指令，对应b=1顺序执行；如果比较(<main+24>)结果不相等，则执行跳转到<main+35>，不是顺序执行。

当然，有的处理器可能会根据以往“顺序执行”与“跳转执行”的比例来进行分支预测，但是这也是需要积累的过程。况且并不是，每个处理器多能这样只能。

最后，上面的10个tips，能过提升kernel函数的性能，但是你应该进行具体的性能分析知道程序中最耗时的地方在哪里。当然了，只有通过实验才能真正学会OpenCL高性能编程。