Bibliographie & annexes
Présentation
English
RÉSUMÉ
La technologie OpenCL a été créée dans le but de programmer des systèmes parallèles hétérogènes et de bénéficier de toute leur puissance de calcul afin d'accélérer le traitement complexe de données. Ce langage de programmation est utilisé pour simuler numériquement des phénomènes physiques complexes, dans un nombre croissant de secteurs d'activités : médecine, bio-informatique, météorologie. Cet article dresse un état des lieux de cette technologie, le matériel compatible, la méthodologie de programmation ainsi qu'un exemple pratique.
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Frédéric LEMOINE : Ingénieur de recherche au Conservatoire national des arts et métiers (CNAM) - Chef de projet en développement d'applications – Département informatique
INTRODUCTION
Un ordinateur moderne comporte aujourd'hui un grand nombre de processeurs différents : un ou plusieurs processeurs généralistes et un ou plusieurs processeurs spécialisés (graphique, traitement de signaux...). Cette hétérogénéité rend la programmation de cette machine de plus en plus complexe. De plus, certains processeurs ne sont pas utilisés au maximum de leur capacité. Le processeur graphique, par exemple, est sous exploité en usage bureautique et pourrait être utilisé à autre chose que de l'affichage.
Le langage OpenCL (Open Computing Language) a été crée, sur une proposition d'Apple, dans le but de pouvoir programmer des systèmes parallèles hétérogènes. C'est un langage dérivé du C comportant certaines extensions et un ensemble de fonctions spécifiques (API : Interface de Programmation d'Applications).
Il est géré par le « Kronos Group ». Celui-ci se définit comme un consortium industriel à but non lucratif établissant des normes ouvertes pour l'accélération à base de calculs parallèles, pour la création de contenus graphiques et de médias dynamiques sur une grande variété de plates-formes et de périphériques. Tous les membres peuvent participer à l'élaboration des API. Ce consortium gère également un grand nombre d'autres standards comme OpenGL, OpenMax, OpenSL, OpenVG, OpenWF, WebGL...
OpenCL peut être utilisé dans des architectures hétérogènes comportant, par exemple, des unités centrales de traitements (CPU pour Central Processing Unit), des processeurs graphiques (GPU pour Graphics Processing Unit), des processeurs de type Cell (Cell Broadband Engine) ou des processeurs de traitement de signaux (DSP pour Digital Signal Processor).
Les CPU (généralistes) sont devenus multicœurs et leur nombre s'accroît au fil des années (4 cœurs sur un Intel Core i7). Les GPU (spécialisés et multicœurs) deviennent de plus en plus généralistes et sont capables de gérer autre chose que de l'affichage.
OpenCL est un modèle de programmation se plaçant à l'intersection de ces deux domaines. Il unifie et exploite de façon performante le parallélisme de ces architectures hétérogènes. Il peut s'intégrer sur des plates-formes mobiles embarquées (téléphones, tablettes) ou sur des calculateurs de haute performance. Il peut également s'interfacer avec des API graphiques comme OpenGL dans le but, par exemple, d'afficher les résultats en temps réel.
OpenCL étant un standard pour l'industrie, le code de l'application produite est facilement portable du système d'un constructeur vers un autre. Il fait en effet abstraction des spécificités de la couche matérielle.
En résumé, OpenCL permet d'écrire une seule et unique application, portable d'un système à l'autre, utilisant toutes les ressources hétérogènes de la machine hôte.
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Programmation OpenCL
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1. Versions du langage, matériels et ses caractéristiques
1.1 Versions du langage
Le logo de la technologie OpenCL est donné à la figure 1.
Il existe actuellement trois versions de ce langage (tableau 1).
Il faut noter qu'un matériel compatible OpenCL (GPU, CPU...) n'utilise pas forcement la dernière version du langage. Les évolutions du langage sont surtout constituées d'ajouts (nouvelles fonctions ou nouvelles fonctionnalités). Un programme écrit en version 1.0 est donc portable sur une version supérieure avec aucune ou un minimum de modifications.
HAUT DE PAGE1.2 Matériels nécessaires
OpenCL fonctionne sur un grand nombre de matériels. Il existe trois grands fabricants de matériels compatibles : Intel, Nvidia et AMD/ATI. Ces matériels se présentent sous la forme de cartes enfichables ou de processeurs (tableau 2).
OpenCL est supporté par tous les GPU Nvidia commercialisés depuis 2006. Les figures 2 et 3 sont deux exemples de cartes.
HAUT DE PAGE1.3 Caractéristiques de certaines cartes
Les dispositifs compatibles OpenCL sont nombreux et offrent des caractéristiques très différentes (tableau 3).
HAUT DE PAGE1.4 Environnements et logiciels nécessaires
Les systèmes d'exploitation supportant OpenCL sont actuellement :
-
Linux 32 et 64 bits (Ubuntu, OpenSuse, Fedora, Red Hat Enterprise...) ;
-
Windows XP, Vista, Seven 32 et 64 bits ;
-
Mac Os X Mountain Lion et Snow Leopard.
Les outils de développement sont habituellement :
-
GCC pour Linux, Windows et Mac Os ;
-
Microsoft Visual Studio pour Windows ;
-
Xcode pour Mac OS.
Le kit de développement (SDK) OpenCL fourni par le constructeur du matériel (Intel, AMD, Nvidia...) est également...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TSUCHIYAMA (R.), NAKAMURA (T.), IIZUKA (T.), ASAHARA (A.) - The OpenCL Programming Book. - (2010).
-
(2) - MUNSHI (A.), GASTER (B.), MATTSON (T.G.), FUNG (J.) - OpenCL Programming Guide. - ISBN-13: 978-0321749642 (2011).
-
(3) - GASTER (B.R.), KAELI (D.R.), HOWES (L.), MISTRY (P.) - Heterogeneous Computing With Opencl. - ISBN-13: 978-0123877666 (2011).
-
(4) - SCARPINO (M.) - Opencl in Action : How to Accelerate Graphics and Computations. - ISBN-13: 978-1617290176 (2011).
-
(5) - SURHONE (L.M.), TIMPLEDON (M.T.), MARSEKEN (S.F.) - OpenCL : Heterogeneity, Central Processing Unit, Graphics Processing Unit, Parallel Computing, C99, OpenAL, Khronos Group, SIGGRAPH, Radeon R700, GPGPU. - ISBN-13: 978-6130314125 (2010).
-
(6) - KIRK (D.), HWU (W.-M.W.) - Programming Massively Parallel Processors : A Hands-on Approach. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
OpenCL pour Nvidia http://www.nvidia.fr/object/cuda_opencl_new_fr.html
Nvidia Corporation Supercomputing with Tesla GPUs http://www.nvidia.com/object/tesla-supercomputing-solutions.html
Advanced Micro Devices, Inc. AMD OpenCL™ Zone https://www.amd.com/fr
Intel Corporation OpenCL SDK https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/tools/opencl-sdk/overview.html
Khronos Group http://www.khronos.org/opencl/
WebCL http://www.khronos.org/webcl/
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GPU Technology Conference. Conférence annuelle sur le calcul par GPU et la visualisation et leur importance dans l'avenir des sciences et de l'innovation http://www.gputechconf.com
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