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GPGPU - Parte I

Utilizando a placa de vídeo para realizar operações matriciais.


Essa é uma idéia que ouço desde quando entrei na USP em 1998. Basicamente, as placas de vídeo são capazes de realizar operações matriciais de "uma só vez". Peço aos mais entendidos que me corrijam quando eu estiver (muito) errado.

Isso pode parecer meio estranho mas muitas das transformações de imagens apresentadas por sua placa de vídeo são série de transformações lineares. Dito isso, é um desperdício de tempo e processamento multiplicar uma matriz por outra com três laços aninhados! Aliás, é um desperdício deixar sua planilha eletrônica resolver equações lineares e outros problemas lineares computando um elemento da planilha por vez.

Chegou a hora de dar um basta nisso. Já não era sem tempo. Com avanço das placas de vídeo e das linguagens de renderização (pasmem! eu pensei que isso já seria possível a 10 anos atrás) é possível, por exemplo, multiplicar um vetor por um escalar em tempo constante.

Vamos por colocar as mãos na massa... O que é necessário ? Pelo que eu investiguei, é preciso do OpenGL 2.0 (mais especificamente o GLSL que a linguagem de programação de shaders) ou uma das edições recentes do DirectX (9 em diante).

Peraí... alguém me explica: isso é complicado mesmo ou por que ninguém fez nada até agora? E pra que essa linguagem GLSL. Porque, conforme veremos, enviar blocos de código para a Placa de Vídeo executar requer uma certa sofisticação tecnológica que tanto a Kronos como os fabricantes de placas de vídeo não nos deram.

Um passo por vez... o que é OpenGL? Isso pode parecer uma pergunta besta mas na verdade entender o significado do OpenGL ajuda a compreender a sofisticação do processo. O OpenGL não é uma API para interagir com a placa de vídeo! Nada disso... o OpenGL é na verdade uma API para a renderização de gráficos. O programador dispõe de uma linguagem para descrever o modelo gráfico que desejar e os drivers das placas de vídeo (que implementam o OpenGL) transformam esse modelo em chamadas de baixo nível para a placa. Essa últimas realizam as computações necessárias e emitem seus resultados para o monitor.

Veja que o programador não programa diretamente a placa para realizar as operações lineares. Também, observe quanto o OpenGL é diferente do DirectX que fornece através do seu componente Direct3D chamadas de baixo nível a placa de vídeo (o que favorece o desenvolvimento de jogos _ Por outro lado, a linguagem de renderização do OpenGL favorece o desenvolvimento de programas gráficos profissionais). Perceba que no OpenGL o desenvolvedor descreve os vários conceitos presentes no o 3D Studio : cenário, fontes de iluminação, textura dos objetos, a câmera etc. Bom é através de um mapeamento desses conceitos para a computação tradicional é que é possível implementar o GPGPU.

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