Возможности GPU в рамках шейдерной модели 3.0 и взаимодействие GPU с памятью

Ведущими разработчиками и производителями графических процес­соров в настоящее время являются компании NVIDIA и ATI (c 2007 года – подразделение компании AMD). Лучшие из графические процессоров этих компаний, поддерживавших шейдерную модель 3.0, по достижимой произво­дительности физического моделирования уже были сравнимы с кластерами из нескольких десятков процессоров. В качестве примера характеристики некоторых из этих процессоров [16] приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

Характеристики графических процессоров, поддерживающих шейдеры модели 3.0

GPU	пиксельные конвейеры	вершинные конвейеры
ATI Radeon X1900 XT
NVIDIA GeForce 7800 GTX
ATI Radeon X1650 XT

 

Графические процессоры с шейдерной моделью 3.0 поддерживают использование при программирование операций, приведённых ниже.

· Ряд математических операций с вещественными числами (см. Приложение 1). Целочисленные типы не поддерживаются.

· Последовательное и произвольное чтение данных из видеопамяти. Произвольной записи в видеопамять нет.

· Возможны циклы, длиной до 255 итераций.

· Возможны ветвления алгоритма в результате проверки условий, с ис­пользованием операторов условного перехода.

Взаимодействие GPU с памятью отчасти проиллюстрировано на рис. 4.5. В шейдерной модели 3.0 доступ GPU к памяти характеризуется следующими возможностями:

· Графическому процессору не доступны дисковая память и оперативная память компьютера. Поэтому перед началом вычислений исходные данные должны быть скопированы в видеопамять центральным процессором.

· Графическому процессору доступна видеопамять – специализиро­ванная память, обычно расположенная на видеокарте. У GPU нет доступа к оперативной и дисковой памяти.

· Поскольку оперативная память компьютера графическому процес­сору недоступна, перед началом вычислений исходные данные должны быть скопированы в видеопамять центральным процессором. Он же затем копирует массив результатов из видеопамяти обратно в оперативную память.

· Графическому процессору доступно как потоковое, так и произволь­ное чтение данных из видеопамяти.

· Единственный вариант записи в видеопамять - это автоматическое формирование массива результатов (рендер-цели). Произвольная запись в видеопамять невозможна.

· Графический процессор может использовать регистры - ячейки памяти, расположенные прямо на процессоре и характеризующиеся очень малой латентностью (быстрым доступом к данным):

· есть чтение из констант-регистров, которые могут хранить постоян­ные величины, не изменяющиеся в ходе обработки всех данных;

· есть чтение и запись во временные регистры, данные в которых не сохраняются при переходе к следующим элементам потока данных.

· Вершинные процессоры могут записывать до 12-и 4-векторов из 32-битных чисел.

· Пиксельные процессоры могут записывать до 4-х 4-векторов из 32-битных чисел.

· Нет работы с динамически размещаемыми структурами данных.

· Суммарное кол-во инструкций в программе - не более 65536 (у графических процессоров NVIDIA).

Таким образом, возможностей шейдерной модели 3.0 достаточно для эффективной реализации «чистой» поточно-параллельной обработки данных, но вот возможности произвольной работы с памятью, а также применения ветвлений и циклов ограничены.