DirectX 11 计算着色器

Asif Bahrainwala

4.58/5 (9投票s)

2009年9月24日

CPOL

2分钟阅读

98821

3041

通过计算着色器 (GPGPU) 进行高性能计算。

引言

本文介绍通过 DirectX11 计算着色器实现 GPGPU。

GPGPU（在图形处理单元上进行通用计算）涉及使用图形处理单元执行重复计算，利用 GPU 上可用的庞大处理元素阵列。

本文将演示在 GPU 上执行的非常简单的三角计算。

附加的代码展示了经典的 GPGPU 用法，通过生成 nrow*nrow 个 GPU 线程来对方形矩阵进行求平方（乘法）运算。选择此示例是因为输出元素可以独立计算。

背景

GPGPU 已经存在一年多，NVIDIA 引入了 CUDA，AMD 引入了接近金属和 AMD stream，以及许多其他爱好者尝试使用 DirectX9 像素着色器来实现 GPGPU。

使用代码

附加代码使用 VS2010 Beta 1 编译，并使用 DirectX SDK (2009 年 8 月) 的库在 Windows 7 RC 上运行。此代码无法在 Windows XP 上运行，因为 DirectX11 不适用于 Windows XP。源代码的某些部分摘自 DirectX SDK 2009 年 8 月的示例，并进行了调整以适应程序。

代码的起点是 Start(void*)。程序分为以下几个子部分

创建设备（最简单的一部分）

使用 D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE 进行仿真，并使用 D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE 在 GPU 上运行代码（您需要硬件支持才能做到这一点）。

D3D11CreateDevice( NULL,D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE/*D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE*/, 
  NULL, D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED|D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG, 
  NULL, 0,D3D11_SDK_VERSION, &pDeviceOut, &flOut, &pContextOut );

加载 GPU

困难的部分在于程序员必须将缓冲区加载到 GPU 进行处理。附加的源代码将对此提供更多的说明

//for input buffer

HRESULT CreateStructuredBufferOnGPU( ID3D11Device* pDevice, 
        UINT uElementSize, UINT uCount, VOID* pInitData, 
        ID3D11Buffer** ppBufOut )
{

    *ppBufOut = NULL;
    D3D11_BUFFER_DESC desc;
    ZeroMemory( &desc, sizeof(desc) );

    desc.BindFlags = D3D11_BIND_UNORDERED_ACCESS | D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE;
    desc.ByteWidth = uElementSize * uCount;
    desc.MiscFlags = D3D11_RESOURCE_MISC_BUFFER_STRUCTURED;
    desc.StructureByteStride = uElementSize;

    if ( pInitData )
    {
    D3D11_SUBRESOURCE_DATA InitData;
    InitData.pSysMem = pInitData;
    return pDevice->CreateBuffer( &desc, &InitData, ppBufOut );
    }
    else
        return pDevice->CreateBuffer( &desc, NULL, ppBufOut );
}

//for input buffer
HRESULT CreateBufferSRV( ID3D11Device* pDevice, ID3D11Buffer* pBuffer, 
                         ID3D11ShaderResourceView** ppSRVOut )
{

    D3D11_BUFFER_DESC descBuf;
    ZeroMemory( &descBuf, sizeof(descBuf) );
    pBuffer->GetDesc( &descBuf );
    D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC desc;
    ZeroMemory( &desc, sizeof(desc) );
    desc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_BUFFEREX;
    desc.BufferEx.FirstElement = 0;

    if ( descBuf.MiscFlags & D3D11_RESOURCE_MISC_BUFFER_ALLOW_RAW_VIEWS )
    {
        // This is a Raw Buffer
        desc.Format = DXGI_FORMAT_R32_TYPELESS;
        desc.BufferEx.Flags = D3D11_BUFFEREX_SRV_FLAG_RAW;
        desc.BufferEx.NumElements = descBuf.ByteWidth / 4;
    }
    else
        if ( descBuf.MiscFlags & D3D11_RESOURCE_MISC_BUFFER_STRUCTURED )
        {

            // This is a Structured Buffer
            desc.Format = DXGI_FORMAT_UNKNOWN;
            desc.BufferEx.NumElements = 
               descBuf.ByteWidth / descBuf.StructureByteStride;
        }
        else
        {
            return E_INVALIDARG;
        }
    return pDevice->CreateShaderResourceView( pBuffer, &desc, ppSRVOut );
}

//for output buffer    
HRESULT CreateBufferUAV( ID3D11Device* pDevice, ID3D11Buffer* pBuffer, 
                         ID3D11UnorderedAccessView** ppUAVOut )
{
    D3D11_BUFFER_DESC descBuf;
    ZeroMemory( &descBuf, sizeof(descBuf) );
    pBuffer->GetDesc( &descBuf );

    D3D11_UNORDERED_ACCESS_VIEW_DESC desc;
    ZeroMemory( &desc, sizeof(desc) );
    desc.ViewDimension = D3D11_UAV_DIMENSION_BUFFER;
    desc.Buffer.FirstElement = 0;

    if ( descBuf.MiscFlags & D3D11_RESOURCE_MISC_BUFFER_ALLOW_RAW_VIEWS )
    {
        // This is a Raw Buffer
        desc.Format = DXGI_FORMAT_R32_TYPELESS;
        // Format must be DXGI_FORMAT_R32_TYPELESS,
        // when creating Raw Unordered Access View

        desc.Buffer.Flags = D3D11_BUFFER_UAV_FLAG_RAW;
        desc.Buffer.NumElements = descBuf.ByteWidth / 4; 
    }
    else
        if ( descBuf.MiscFlags & D3D11_RESOURCE_MISC_BUFFER_STRUCTURED )
        {
            // This is a Structured Buffer
            desc.Format = DXGI_FORMAT_UNKNOWN;
            // Format must be must be DXGI_FORMAT_UNKNOWN,
            // when creating a View of a Structured Buffer

            desc.Buffer.NumElements = 
                 descBuf.ByteWidth / descBuf.StructureByteStride; 
        }
        else
        {
            return E_INVALIDARG;
        }
    return pDevice->CreateUnorderedAccessView( pBuffer, &desc, ppUAVOut );
}

Run

此命令将数据分发到 GPU 可用的处理元素，其性能直接与硬件和驱动程序支持相关（这适用于使用 D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE 创建的设备）。

pd3dImmediateContext->Dispatch( X, Y, Z );

读取输出缓冲区

以前，使用 DirectX9 时，这部分是最痛苦的部分，但使用 DirectX 11 计算着色器，这变得容易多了。

首先，创建一个带有 CPU 访问标志设置为 D3D11_CPU_ACCESS_READ 的临时读取缓冲区。然后，复制缓冲区，并将其映射到指针，如下所示

pd3dImmediateContext->CopyResource( debugbuf, pBuffer );
BufType *p;
pContextOut->Map( debugbuf, 0, D3D11_MAP_READ, 0, &MappedResource );
p = (BufType*)MappedResource.pData; //p will hold the output buffer

关注点

使用计算着色器，我们可以实现涉及流体的基于物理的模拟（可能是我下一个项目）。

我也使用 Vulkan 实现了计算着色器：https://bitbucket.org/asif_bahrainwala/matrix-multiply/src/master/