Tác động của các vòng lặp có độ dài thay đổi đối với các trình tạo bóng GPU

Nó phổ biến để hiển thị nội dung theo thủ tục bên trong GPU, ví dụ như trong demoscene (vẽ một hình tứ giác để lấp đầy màn hình và để GPU tính toán các pixel).

Ray diễu hành là phổ biến:

Điều này có nghĩa là GPU đang thực hiện một số lần lặp không xác định trên mỗi pixel (mặc dù bạn có thể có giới hạn trên như thế maxIterations).

Làm thế nào để có một vòng lặp có chiều dài thay đổi ảnh hưởng đến hiệu suất đổ bóng?

Hãy tưởng tượng psuedocode tia hành quân đơn giản:

t = 0.f;
while(t < maxDist) {
    p = rayStart + rayDir * t;
    d = DistanceFunc(p);
    t += d;
    if(d < epsilon) {
       ... emit p
       return;
    }
}

Các họ GPU chính thống khác nhau (Nvidia, ATI, PowerVR, Mali, Intel, v.v.) bị ảnh hưởng như thế nào? Vertex shader, nhưng shader mảnh đặc biệt?

Làm thế nào nó có thể được tối ưu hóa?

Có một cuộc nói chuyện thú vị tại GDC 2012 về diễu hành trường khoảng cách GPU (và các chủ đề khác): http://directtovideo.wordpress.com/2012/03/15/get-my-slides-from-gdc2012/

Về hiệu năng, các card đồ họa (lớp DX11) mới nhất thực hiện các shader trên các đơn vị SIMD chạy các "luồng" 32 (NVIDIA) hoặc 64 (AMD) theo từng bước. Các nhóm này được biết đến như là warp hoặc wavefronts. Đối với trình đổ bóng pixel, mỗi luồng bằng một pixel, vì vậy tôi hy vọng rằng đơn vị SIMD đang xử lý một số thứ giống như một khối pixel 8x4 (NVIDIA) hoặc 8x8 (AMD) với nhau. Điều khiển phân nhánh và luồng được thực hiện trên mỗi mặt sóng, vì vậy tất cả các luồng trong mặt sóng phải lặp nhiều lần như pixel riêng lẻ sâu nhất trong mặt sóng đó. Mặt nạ làn đường SIMD sẽ tắt thực thi cho các pixel đã hoàn thành, nhưng chúng vẫn phải âm thầm đi cùng với kiểm soát luồng tổng thể của mặt sóng. Tất nhiên, điều này có nghĩa là hệ thống hiệu quả hơn nhiều khi sự phân nhánh mạch lạc,

Theo kinh nghiệm của tôi, chi phí hoạt động của chi nhánh vẫn khá cao ngay cả khi tất cả các luồng trong nhánh sóng giống nhau. Tôi đã thấy hiệu suất tăng trong một số trường hợp bằng cách hủy vòng lặp để khấu hao một số chi phí. Tuy nhiên, tất nhiên, nó phụ thuộc vào số lượng công việc bạn đang thực hiện trong mỗi lần lặp. Nếu cơ thể vòng lặp có đủ "công cụ" trong đó, việc không kiểm soát sẽ không phải là một chiến thắng.

Tôi khuyên bạn nên đọc Running Code tại Teraflop: Cách GPU Shader Cores hoạt động (pdf) từ SIGGRAPH 2008: Beyond Shading có thể lập trình . Nó nói về sự phân nhánh năng động.

Liên quan đến phân nhánh động, một lưu ý bổ sung (có thể rõ ràng, nhưng vẫn đáng chú ý đối với một số người): nó có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của các vòng lặp không được kiểm soát (rõ ràng bạn không thể hủy bỏ vòng lặp nếu có số lần lặp không liên tục) .

int s = 0;

bây giờ cho (int k = 1; k <= n; k ++) {s + = k;} giống như s = n * (n + 1) / 2

vì vậy điều đó không đúng nói chung: D