വെബ്ജിഎൽ മെഷ് ഷേഡർ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ: ജിപിയു ത്രെഡ് ഓർഗനൈസേഷനെക്കുറിച്ചുള്ള ആഴത്തിലുള്ള പഠനം

മെഷ് ഷേഡറുകൾ വെബ്ജിഎൽ ഗ്രാഫിക്സ് പൈപ്പ്‌ലൈനിലെ ഒരു സുപ്രധാന മുന്നേറ്റമാണ്, ഇത് ഡെവലപ്പർമാർക്ക് ജ്യാമിതി പ്രോസസ്സിംഗിലും റെൻഡറിംഗിലും കൂടുതൽ സൂക്ഷ്മമായ നിയന്ത്രണം നൽകുന്നു. വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളും ത്രെഡുകളും എങ്ങനെയാണ് ജിപിയു-വിൽ സംഘടിപ്പിക്കുകയും വിതരണം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നതെന്ന് മനസ്സിലാക്കുന്നത് ഈ ശക്തമായ സവിശേഷതയുടെ പ്രകടന നേട്ടങ്ങൾ പരമാവധിയാക്കാൻ നിർണായകമാണ്. ഈ ബ്ലോഗ് പോസ്റ്റ് വെബ്ജിഎൽ മെഷ് ഷേഡർ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷനും ജിപിയു ത്രെഡ് ഓർഗനൈസേഷനും സംബന്ധിച്ച ആഴത്തിലുള്ള ഒരു പര്യവേക്ഷണം നൽകുന്നു, പ്രധാന ആശയങ്ങൾ, ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ തന്ത്രങ്ങൾ, പ്രായോഗിക ഉദാഹരണങ്ങൾ എന്നിവ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു.

എന്താണ് മെഷ് ഷേഡറുകൾ?

പരമ്പരാഗത വെബ്ജിഎൽ റെൻഡറിംഗ് പൈപ്പ്‌ലൈനുകൾ ജ്യാമിതി പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിന് വെർട്ടെക്സ്, ഫ്രാഗ്മെന്റ് ഷേഡറുകളെ ആശ്രയിക്കുന്നു. മെഷ് ഷേഡറുകൾ, ഒരു എക്സ്റ്റൻഷനായി അവതരിപ്പിച്ചത്, കൂടുതൽ വഴക്കമുള്ളതും കാര്യക്ഷമവുമായ ഒരു ബദൽ നൽകുന്നു. അവ ഫിക്സഡ്-ഫംഗ്ഷൻ വെർട്ടെക്സ് പ്രോസസ്സിംഗിനും ടെസ്സെലേഷൻ ഘട്ടങ്ങൾക്കും പകരം പ്രോഗ്രാം ചെയ്യാവുന്ന ഷേഡർ ഘട്ടങ്ങൾ നൽകുന്നു, ഇത് ഡെവലപ്പർമാരെ ജിപിയു-വിൽ നേരിട്ട് ജ്യാമിതി സൃഷ്ടിക്കാനും കൈകാര്യം ചെയ്യാനും അനുവദിക്കുന്നു. ഇത്, പ്രത്യേകിച്ച് ധാരാളം പ്രിമിറ്റീവുകളുള്ള സങ്കീർണ്ണമായ സീനുകളിൽ, കാര്യമായ പ്രകടന മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾക്ക് കാരണമാകും.

മെഷ് ഷേഡർ പൈപ്പ്‌ലൈനിൽ പ്രധാനമായും രണ്ട് ഷേഡർ ഘട്ടങ്ങളുണ്ട്:

• ടാസ്ക് ഷേഡർ (ഓപ്ഷണൽ): ടാസ്ക് ഷേഡർ മെഷ് ഷേഡർ പൈപ്പ്‌ലൈനിലെ ആദ്യ ഘട്ടമാണ്. മെഷ് ഷേഡറിലേക്ക് ഡിസ്പാച്ച് ചെയ്യുന്ന വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെ എണ്ണം നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ഇതിന്റെ ഉത്തരവാദിത്തമാണ്. മെഷ് ഷേഡർ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിന് മുമ്പ് ജ്യാമിതിയെ കൾ ചെയ്യാനോ ഉപവിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാനോ ഇത് ഉപയോഗിക്കാം.
• മെഷ് ഷേഡർ: മെഷ് ഷേഡർ പൈപ്പ്‌ലൈനിലെ പ്രധാന ഘട്ടമാണ് മെഷ് ഷേഡർ. വെർട്ടെക്സുകളും പ്രിമിറ്റീവുകളും സൃഷ്ടിക്കുന്നത് ഇതിന്റെ ഉത്തരവാദിത്തമാണ്. ഇതിന് ഷെയർഡ് മെമ്മറിയിലേക്ക് ആക്‌സസ് ഉണ്ട്, ഒരേ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിലെ ത്രെഡുകൾക്കിടയിൽ ആശയവിനിമയം നടത്താൻ കഴിയും.

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളെയും ത്രെഡുകളെയും മനസ്സിലാക്കൽ

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷനിലേക്ക് കടക്കുന്നതിന് മുൻപ്, ജിപിയു കമ്പ്യൂട്ടിംഗിലെ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെയും ത്രെഡുകളുടെയും അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണ്.

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകൾ

ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് എന്നത് ഒരു ജിപിയു കമ്പ്യൂട്ട് യൂണിറ്റിൽ ഒരേസമയം പ്രവർത്തിക്കുന്ന ത്രെഡുകളുടെ ഒരു ശേഖരമാണ്. ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിലെ ത്രെഡുകൾക്ക് ഷെയർഡ് മെമ്മറിയിലൂടെ പരസ്പരം ആശയവിനിമയം നടത്താൻ കഴിയും, ഇത് ജോലികളിൽ സഹകരിക്കാനും ഡാറ്റ കാര്യക്ഷമമായി പങ്കിടാനും അവരെ പ്രാപ്തരാക്കുന്നു. ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിന്റെ വലുപ്പം (അതിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ത്രെഡുകളുടെ എണ്ണം) പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കുന്ന ഒരു നിർണായക പാരാമീറ്ററാണ്. ഇത് ഷേഡർ കോഡിൽ layout(local_size_x = N, local_size_y = M, local_size_z = K) in; ക്വാളിഫയർ ഉപയോഗിച്ച് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇവിടെ N, M, K എന്നിവ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിന്റെ അളവുകളാണ്.

പരമാവധി വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം ഹാർഡ്‌വെയറിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഈ പരിധി കവിയുന്നത് നിർവചിക്കാത്ത പെരുമാറ്റത്തിന് കാരണമാകും. വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പത്തിനുള്ള സാധാരണ മൂല്യങ്ങൾ 2-ന്റെ ഘാതങ്ങളാണ് (ഉദാ. 64, 128, 256), കാരണം ഇവ ജിപിയു ആർക്കിടെക്ചറുമായി നന്നായി യോജിക്കുന്നു.

ത്രെഡുകൾ (ഇൻവോക്കേഷനുകൾ)

ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിലെ ഓരോ ത്രെഡിനെയും ഒരു ഇൻവോക്കേഷൻ എന്നും വിളിക്കുന്നു. ഓരോ ത്രെഡും ഒരേ ഷേഡർ കോഡ് എക്സിക്യൂട്ട് ചെയ്യുന്നു, പക്ഷേ വ്യത്യസ്ത ഡാറ്റയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. gl_LocalInvocationID എന്ന ബിൽറ്റ്-ഇൻ വേരിയബിൾ ഓരോ ത്രെഡിനും അതിന്റെ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിനുള്ളിൽ ഒരു യുണീക് ഐഡന്റിഫയർ നൽകുന്നു. ഈ ഐഡന്റിഫയർ (0, 0, 0) മുതൽ (N-1, M-1, K-1) വരെ വ്യത്യാസപ്പെടുന്ന ഒരു 3D വെക്റ്ററാണ്, ഇവിടെ N, M, K എന്നിവ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് അളവുകളാണ്.

ത്രെഡുകളെ വാർപ്പുകൾ (അല്ലെങ്കിൽ വേവ്ഫ്രോണ്ടുകൾ) ആയി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു, അവയാണ് ജിപിയു-വിലെ എക്സിക്യൂഷന്റെ അടിസ്ഥാന യൂണിറ്റ്. ഒരു വാർപ്പിലെ എല്ലാ ത്രെഡുകളും ഒരേ സമയം ഒരേ നിർദ്ദേശം നടപ്പിലാക്കുന്നു. ഒരു വാർപ്പിലെ ത്രെഡുകൾ വ്യത്യസ്ത എക്സിക്യൂഷൻ പാതകൾ സ്വീകരിക്കുകയാണെങ്കിൽ (ബ്രാഞ്ചിംഗ് കാരണം), ചില ത്രെഡുകൾ താൽക്കാലികമായി നിഷ്ക്രിയമായേക്കാം, മറ്റുള്ളവ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ. ഇത് വാർപ്പ് ഡൈവേർജൻസ് എന്നറിയപ്പെടുന്നു, ഇത് പ്രകടനത്തെ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കും.

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ എന്നത് ജിപിയു അതിന്റെ കമ്പ്യൂട്ട് യൂണിറ്റുകളിലേക്ക് വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളെ എങ്ങനെ അസൈൻ ചെയ്യുന്നു എന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ലഭ്യമായ ഹാർഡ്‌വെയർ റിസോഴ്‌സുകളിൽ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകൾ ഷെഡ്യൂൾ ചെയ്യുന്നതിനും എക്സിക്യൂട്ട് ചെയ്യുന്നതിനും വെബ്ജിഎൽ ഇംപ്ലിമെൻ്റേഷന് ഉത്തരവാദിത്തമുണ്ട്. ജിപിയു-വിനെ ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന കാര്യക്ഷമമായ മെഷ് ഷേഡറുകൾ എഴുതുന്നതിന് ഈ പ്രക്രിയ മനസ്സിലാക്കുന്നത് പ്രധാനമാണ്.

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളെ ഡിസ്പാച്ച് ചെയ്യൽ

ഡിസ്പാച്ച് ചെയ്യേണ്ട വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെ എണ്ണം glDispatchMeshWorkgroupsEXT(groupCountX, groupCountY, groupCountZ) ഫംഗ്ഷൻ ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർണ്ണയിക്കുന്നത്. ഈ ഫംഗ്ഷൻ ഓരോ ഡൈമെൻഷനിലും ലോഞ്ച് ചെയ്യേണ്ട വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെ എണ്ണം വ്യക്തമാക്കുന്നു. വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെ ആകെ എണ്ണം groupCountX, groupCountY, groupCountZ എന്നിവയുടെ ഗുണനഫലമാണ്.

gl_GlobalInvocationID എന്ന ബിൽറ്റ്-ഇൻ വേരിയബിൾ എല്ലാ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളിലുമായി ഓരോ ത്രെഡിനും ഒരു യുണീക് ഐഡന്റിഫയർ നൽകുന്നു. ഇത് താഴെ പറയുന്ന രീതിയിൽ കണക്കാക്കുന്നു: gl_GlobalInvocationID = gl_WorkGroupID * gl_WorkGroupSize + gl_LocalInvocationID; ഇവിടെ:

• gl_WorkGroupID: നിലവിലെ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിന്റെ സൂചികയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഒരു 3D വെക്റ്റർ.
• gl_WorkGroupSize: വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിന്റെ വലുപ്പത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഒരു 3D വെക്റ്റർ (local_size_x, local_size_y, local_size_z ക്വാളിഫയറുകൾ നിർവചിച്ചത്).
• gl_LocalInvocationID: വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിനുള്ളിലെ നിലവിലെ ത്രെഡിന്റെ സൂചികയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഒരു 3D വെക്റ്റർ.

ഹാർഡ്‌വെയർ പരിഗണനകൾ

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെ യഥാർത്ഥ വിതരണം ഹാർഡ്‌വെയറിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് വിവിധ ജിപിയു-കൾക്കിടയിൽ വ്യത്യാസപ്പെടാം. എന്നിരുന്നാലും, ചില പൊതു തത്വങ്ങൾ ബാധകമാണ്:

• കോൺകറൻസി: ഉപയോഗം പരമാവധിയാക്കാൻ ജിപിയു ഒരേസമയം കഴിയുന്നത്ര വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകൾ എക്സിക്യൂട്ട് ചെയ്യാൻ ലക്ഷ്യമിടുന്നു. ഇതിന് ആവശ്യത്തിന് കമ്പ്യൂട്ട് യൂണിറ്റുകളും മെമ്മറി ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും ലഭ്യമായിരിക്കണം.
• ലോക്കാലിറ്റി: കാഷെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി ഒരേ ഡാറ്റ ആക്‌സസ് ചെയ്യുന്ന വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളെ പരസ്പരം അടുത്ത് ഷെഡ്യൂൾ ചെയ്യാൻ ജിപിയു ശ്രമിച്ചേക്കാം.
• ലോഡ് ബാലൻസിംഗ്: തടസ്സങ്ങൾ ഒഴിവാക്കാനും എല്ലാ യൂണിറ്റുകളും സജീവമായി ഡാറ്റ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നുണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കാനും ജിപിയു അതിന്റെ കമ്പ്യൂട്ട് യൂണിറ്റുകളിലുടനീളം വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളെ തുല്യമായി വിതരണം ചെയ്യാൻ ശ്രമിക്കുന്നു.

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യൽ

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാനും മെഷ് ഷേഡറുകളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്താനും നിരവധി തന്ത്രങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാം:

ശരിയായ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം തിരഞ്ഞെടുക്കൽ

പ്രകടനത്തിന് അനുയോജ്യമായ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് നിർണായകമാണ്. വളരെ ചെറിയ ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ജിപിയു-വിലെ ലഭ്യമായ പാരലലിസം പൂർണ്ണമായി ഉപയോഗിച്ചേക്കില്ല, അതേസമയം വളരെ വലിയ ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് അമിതമായ രജിസ്റ്റർ പ്രഷറിനും കുറഞ്ഞ ഒക്യുപൻസിക്കും ഇടയാക്കും. ഒരു പ്രത്യേക ആപ്ലിക്കേഷനായി അനുയോജ്യമായ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം നിർണ്ണയിക്കാൻ പലപ്പോഴും പരീക്ഷണങ്ങളും പ്രൊഫൈലിംഗും ആവശ്യമാണ്.

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം തിരഞ്ഞെടുക്കുമ്പോൾ ഈ ഘടകങ്ങൾ പരിഗണിക്കുക:

• ഹാർഡ്‌വെയർ പരിധികൾ: ജിപിയു ഏർപ്പെടുത്തുന്ന പരമാവധി വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പ പരിധികൾ മാനിക്കുക.
• വാർപ്പ് വലുപ്പം: വാർപ്പ് വലുപ്പത്തിന്റെ (സാധാരണയായി 32 അല്ലെങ്കിൽ 64) ഗുണിതമായ ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം തിരഞ്ഞെടുക്കുക. ഇത് വാർപ്പ് ഡൈവേർജൻസ് കുറയ്ക്കാൻ സഹായിക്കും.
• ഷെയർഡ് മെമ്മറി ഉപയോഗം: ഷേഡറിന് ആവശ്യമായ ഷെയർഡ് മെമ്മറിയുടെ അളവ് പരിഗണിക്കുക. വലിയ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകൾക്ക് കൂടുതൽ ഷെയർഡ് മെമ്മറി ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം, ഇത് ഒരേസമയം പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെ എണ്ണം പരിമിതപ്പെടുത്തിയേക്കാം.
• അൽഗോരിതം ഘടന: അൽഗോരിതത്തിന്റെ ഘടന ഒരു പ്രത്യേക വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം നിർണ്ണയിച്ചേക്കാം. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു റിഡക്ഷൻ ഓപ്പറേഷൻ നടത്തുന്ന അൽഗോരിതത്തിന് 2-ന്റെ ഘാതമായ ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പത്തിൽ നിന്ന് പ്രയോജനം ലഭിച്ചേക്കാം.

ഉദാഹരണം: നിങ്ങളുടെ ടാർഗെറ്റ് ഹാർഡ്‌വെയറിന് 32 വാർപ്പ് വലുപ്പമുണ്ടെങ്കിൽ, അൽഗോരിതം ലോക്കൽ റിഡക്ഷനുകളിലൂടെ ഷെയർഡ് മെമ്മറി കാര്യക്ഷമമായി ഉപയോഗിക്കുന്നുവെങ്കിൽ, 64 അല്ലെങ്കിൽ 128 വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പത്തിൽ ആരംഭിക്കുന്നത് ഒരു നല്ല സമീപനമായിരിക്കും. രജിസ്റ്റർ പ്രഷർ ഒരു തടസ്സമല്ലെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ വെബ്ജിഎൽ പ്രൊഫൈലിംഗ് ടൂളുകൾ ഉപയോഗിച്ച് രജിസ്റ്റർ ഉപയോഗം നിരീക്ഷിക്കുക.

വാർപ്പ് ഡൈവേർജൻസ് കുറയ്ക്കൽ

ബ്രാഞ്ചിംഗ് കാരണം ഒരു വാർപ്പിലെ ത്രെഡുകൾ വ്യത്യസ്ത എക്സിക്യൂഷൻ പാതകൾ സ്വീകരിക്കുമ്പോൾ വാർപ്പ് ഡൈവേർജൻസ് സംഭവിക്കുന്നു. ഇത് പ്രകടനത്തെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കും, കാരണം ജിപിയു ഓരോ ബ്രാഞ്ചും തുടർച്ചയായി എക്സിക്യൂട്ട് ചെയ്യണം, ചില ത്രെഡുകൾ താൽക്കാലികമായി നിഷ്ക്രിയമായിരിക്കും. വാർപ്പ് ഡൈവേർജൻസ് കുറയ്ക്കുന്നതിന്:

• കണ്ടീഷണൽ ബ്രാഞ്ചിംഗ് ഒഴിവാക്കുക: ഷേഡർ കോഡിനുള്ളിൽ കഴിയുന്നത്രയും കണ്ടീഷണൽ ബ്രാഞ്ചിംഗ് ഒഴിവാക്കാൻ ശ്രമിക്കുക. ബ്രാഞ്ചിംഗ് ഇല്ലാതെ അതേ ഫലം നേടുന്നതിന് പ്രെഡിക്കേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ വെക്ടറൈസേഷൻ പോലുള്ള ബദൽ ടെക്നിക്കുകൾ ഉപയോഗിക്കുക.
• സമാനമായ ത്രെഡുകളെ ഗ്രൂപ്പ് ചെയ്യുക: ഒരേ വാർപ്പിലെ ത്രെഡുകൾ ഒരേ എക്സിക്യൂഷൻ പാത സ്വീകരിക്കാൻ സാധ്യതയുള്ള തരത്തിൽ ഡാറ്റ ഓർഗനൈസ് ചെയ്യുക.

ഉദാഹരണം: ഒരു വേരിയബിളിന് സോപാധികമായി ഒരു മൂല്യം നൽകുന്നതിന് `if` സ്റ്റേറ്റ്മെന്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് പകരം, നിങ്ങൾക്ക് `mix` ഫംഗ്ഷൻ ഉപയോഗിക്കാം, ഇത് ഒരു ബൂളിയൻ കണ്ടീഷനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി രണ്ട് മൂല്യങ്ങൾക്കിടയിൽ ഒരു ലീനിയർ ഇന്റർപോളേഷൻ നടത്തുന്നു: float value = mix(value1, value2, condition); ഇത് ബ്രാഞ്ച് ഒഴിവാക്കുകയും വാർപ്പിലെ എല്ലാ ത്രെഡുകളും ഒരേ നിർദ്ദേശം നടപ്പിലാക്കുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഷെയർഡ് മെമ്മറി ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗിക്കൽ

ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിലെ ത്രെഡുകൾക്ക് ആശയവിനിമയം നടത്താനും ഡാറ്റ പങ്കിടാനും വേഗതയേറിയതും കാര്യക്ഷമവുമായ മാർഗ്ഗം ഷെയർഡ് മെമ്മറി നൽകുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇത് ഒരു പരിമിതമായ വിഭവമായതിനാൽ, അത് ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗിക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്.

• ഷെയർഡ് മെമ്മറി ആക്‌സസുകൾ കുറയ്ക്കുക: കഴിയുന്നത്രയും ഷെയർഡ് മെമ്മറിയിലേക്കുള്ള ആക്‌സസുകളുടെ എണ്ണം കുറയ്ക്കുക. ആവർത്തിച്ചുള്ള ആക്‌സസുകൾ ഒഴിവാക്കാൻ പതിവായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഡാറ്റ രജിസ്റ്ററുകളിൽ സംഭരിക്കുക.
• ബാങ്ക് കോൺഫ്ലിക്റ്റുകൾ ഒഴിവാക്കുക: ഷെയർഡ് മെമ്മറി സാധാരണയായി ബാങ്കുകളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു, ഒരേ ബാങ്കിലേക്കുള്ള ഒരേസമയത്തുള്ള ആക്‌സസുകൾ ബാങ്ക് കോൺഫ്ലിക്റ്റുകൾക്ക് ഇടയാക്കും, ഇത് പ്രകടനത്തെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കും. ബാങ്ക് കോൺഫ്ലിക്റ്റുകൾ ഒഴിവാക്കാൻ, ത്രെഡുകൾ സാധ്യമാകുമ്പോഴെല്ലാം ഷെയർഡ് മെമ്മറിയുടെ വ്യത്യസ്ത ബാങ്കുകൾ ആക്‌സസ് ചെയ്യുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കുക. ഇതിൽ പലപ്പോഴും ഡാറ്റാ ഘടനകൾ പാഡ് ചെയ്യുകയോ മെമ്മറി ആക്‌സസുകൾ പുനഃക്രമീകരിക്കുകയോ ഉൾപ്പെടുന്നു.

ഉദാഹരണം: ഷെയർഡ് മെമ്മറിയിൽ ഒരു റിഡക്ഷൻ ഓപ്പറേഷൻ നടത്തുമ്പോൾ, ബാങ്ക് കോൺഫ്ലിക്റ്റുകൾ ഒഴിവാക്കാൻ ത്രെഡുകൾ ഷെയർഡ് മെമ്മറിയുടെ വ്യത്യസ്ത ബാങ്കുകൾ ആക്‌സസ് ചെയ്യുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കുക. ഷെയർഡ് മെമ്മറി അറേ പാഡ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെയോ അല്ലെങ്കിൽ ബാങ്കുകളുടെ എണ്ണത്തിന്റെ ഗുണിതമായ ഒരു സ്ട്രൈഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെയോ ഇത് നേടാനാകും.

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളെ ലോഡ് ബാലൻസ് ചെയ്യൽ

വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളിലുടനീളമുള്ള ജോലിയുടെ അസമമായ വിതരണം പ്രകടനത്തിലെ തടസ്സങ്ങൾക്ക് ഇടയാക്കും. ചില വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകൾ വേഗത്തിൽ പൂർത്തിയാകുമ്പോൾ മറ്റുള്ളവയ്ക്ക് കൂടുതൽ സമയമെടുക്കും, ഇത് ചില കമ്പ്യൂട്ട് യൂണിറ്റുകളെ നിഷ്ക്രിയമാക്കുന്നു. ലോഡ് ബാലൻസിംഗ് ഉറപ്പാക്കാൻ:

• ജോലി തുല്യമായി വിതരണം ചെയ്യുക: ഓരോ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിനും ഏകദേശം ഒരേ അളവിൽ ജോലി ചെയ്യാനുണ്ടാകുന്ന തരത്തിൽ അൽഗോരിതം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുക.
• ഡൈനാമിക് വർക്ക് അസൈൻമെന്റ് ഉപയോഗിക്കുക: രംഗത്തിന്റെ വിവിധ ഭാഗങ്ങൾക്കിടയിൽ ജോലിയുടെ അളവ് ഗണ്യമായി വ്യത്യാസപ്പെടുന്നുവെങ്കിൽ, വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളെ കൂടുതൽ തുല്യമായി വിതരണം ചെയ്യാൻ ഡൈനാമിക് വർക്ക് അസൈൻമെന്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നത് പരിഗണിക്കുക. നിഷ്ക്രിയ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകൾക്ക് ജോലി നൽകുന്നതിന് അറ്റോമിക് ഓപ്പറേഷനുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഇതിൽ ഉൾപ്പെട്ടേക്കാം.

ഉദാഹരണം: വ്യത്യസ്ത പോളിഗൺ സാന്ദ്രതയുള്ള ഒരു രംഗം റെൻഡർ ചെയ്യുമ്പോൾ, സ്ക്രീനിനെ ടൈലുകളായി വിഭജിച്ച് ഓരോ ടൈലും ഒരു വർക്ക്ഗ്രൂപ്പിന് നൽകുക. ഓരോ ടൈലിന്റെയും സങ്കീർണ്ണത കണക്കാക്കാൻ ഒരു ടാസ്ക് ഷേഡർ ഉപയോഗിക്കുക, ഉയർന്ന സങ്കീർണ്ണതയുള്ള ടൈലുകൾക്ക് കൂടുതൽ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകൾ നൽകുക. ഇത് എല്ലാ കമ്പ്യൂട്ട് യൂണിറ്റുകളും പൂർണ്ണമായി ഉപയോഗിക്കുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ സഹായിക്കും.

കള്ളിംഗിനും ആംപ്ലിഫിക്കേഷനും വേണ്ടി ടാസ്ക് ഷേഡറുകൾ പരിഗണിക്കുക

ടാസ്ക് ഷേഡറുകൾ, ഓപ്ഷണൽ ആണെങ്കിലും, മെഷ് ഷേഡർ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെ ഡിസ്പാച്ച് നിയന്ത്രിക്കാനുള്ള ഒരു സംവിധാനം നൽകുന്നു. പ്രകടനം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിന് അവ തന്ത്രപരമായി ഉപയോഗിക്കുക:

• കള്ളിംഗ്: ദൃശ്യമല്ലാത്തതോ അന്തിമ ചിത്രത്തിന് കാര്യമായ സംഭാവന നൽകാത്തതോ ആയ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകൾ ഒഴിവാക്കുന്നു.
• ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ: രംഗത്തിന്റെ ചില പ്രദേശങ്ങളിലെ വിശദാംശങ്ങളുടെ നിലവാരം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളെ ഉപവിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം: മെഷ്‌ലെറ്റുകളെ മെഷ് ഷേഡറിലേക്ക് ഡിസ്പാച്ച് ചെയ്യുന്നതിന് മുമ്പ് അവയിൽ ഫ്രസ്റ്റം കള്ളിംഗ് നടത്താൻ ഒരു ടാസ്ക് ഷേഡർ ഉപയോഗിക്കുക. ഇത് ദൃശ്യമല്ലാത്ത ജ്യാമിതി പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിൽ നിന്ന് മെഷ് ഷേഡറിനെ തടയുന്നു, വിലയേറിയ ജിപിയു സൈക്കിളുകൾ ലാഭിക്കുന്നു.

പ്രായോഗിക ഉദാഹരണങ്ങൾ

വെബ്ജിഎൽ മെഷ് ഷേഡറുകളിൽ ഈ തത്വങ്ങൾ എങ്ങനെ പ്രയോഗിക്കാം എന്നതിന്റെ ചില പ്രായോഗിക ഉദാഹരണങ്ങൾ പരിഗണിക്കാം.

ഉദാഹരണം 1: വെർട്ടെക്സുകളുടെ ഒരു ഗ്രിഡ് നിർമ്മിക്കൽ

ഒരു മെഷ് ഷേഡർ ഉപയോഗിച്ച് വെർട്ടെക്സുകളുടെ ഒരു ഗ്രിഡ് എങ്ങനെ നിർമ്മിക്കാമെന്ന് ഈ ഉദാഹരണം കാണിക്കുന്നു. ഓരോ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പും നിർമ്മിക്കുന്ന ഗ്രിഡിന്റെ വലുപ്പം വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം നിർണ്ണയിക്കുന്നു.

            #version 460
#extension GL_EXT_mesh_shader : require
#extension GL_EXT_fragment_shading_rate : require

layout(local_size_x = 8, local_size_y = 8) in;
layout(max_vertices = 64, max_primitives = 64) out;

layout(location = 0) out vec4 f_color[];
layout(location = 1) out flat int f_primitiveId[];

void main() {
  uint localId = gl_LocalInvocationIndex;
  uint x = localId % gl_WorkGroupSize.x;
  uint y = localId / gl_WorkGroupSize.x;

  float u = float(x) / float(gl_WorkGroupSize.x - 1);
  float v = float(y) / float(gl_WorkGroupSize.y - 1);

  float posX = u * 2.0 - 1.0;
  float posY = v * 2.0 - 1.0;

  gl_MeshVerticesEXT[localId].gl_Position = vec4(posX, posY, 0.0, 1.0);
  f_color[localId] = vec4(u, v, 1.0, 1.0);
  gl_PrimitiveTriangleIndicesEXT[localId * 6 + 0] = localId;
  f_primitiveId[localId] = int(localId);

  gl_MeshPrimitivesEXT[localId / 3] = localId;
  gl_MeshPrimitivesEXT[localId / 3 + 1] = localId + 1;
  gl_MeshPrimitivesEXT[localId / 3 + 2] = localId + 2;
  gl_PrimitiveCountEXT = 64/3;
  gl_MeshVertexCountEXT = 64;
  EmitMeshTasksEXT(gl_PrimitiveCountEXT, gl_MeshVertexCountEXT);
}

            

              
                Copy
              
            
          

ഈ ഉദാഹരണത്തിൽ, വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം 8x8 ആണ്, അതായത് ഓരോ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പും 64-വെർട്ടെക്സ് ഗ്രിഡ് നിർമ്മിക്കുന്നു. ഗ്രിഡിലെ ഓരോ വെർട്ടെക്സിന്റെയും സ്ഥാനം കണക്കാക്കാൻ gl_LocalInvocationIndex ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം 2: ഒരു റിഡക്ഷൻ ഓപ്പറേഷൻ നടത്തൽ

ഷെയർഡ് മെമ്മറി ഉപയോഗിച്ച് ഡാറ്റയുടെ ഒരു അറേയിൽ റിഡക്ഷൻ ഓപ്പറേഷൻ എങ്ങനെ നടത്താമെന്ന് ഈ ഉദാഹരണം കാണിക്കുന്നു. റിഡക്ഷനിൽ പങ്കെടുക്കുന്ന ത്രെഡുകളുടെ എണ്ണം വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം നിർണ്ണയിക്കുന്നു.

            #version 460
#extension GL_EXT_mesh_shader : require
#extension GL_EXT_fragment_shading_rate : require

layout(local_size_x = 256) in;
layout(max_vertices = 1, max_primitives = 1) out;

shared float sharedData[256];

layout(location = 0) uniform float inputData[256 * 1024];
layout(location = 1) out float outputData;

void main() {
  uint localId = gl_LocalInvocationIndex;
  uint globalId = gl_WorkGroupID.x * gl_WorkGroupSize.x + localId;

  sharedData[localId] = inputData[globalId];
  barrier();
  for (uint i = gl_WorkGroupSize.x / 2; i > 0; i /= 2) {
      if (localId < i) {
          sharedData[localId] += sharedData[localId + i];
      }
      barrier();
  }
  if (localId == 0) {
      outputData = sharedData[0];
  }
  gl_MeshPrimitivesEXT[0] = 0;
  EmitMeshTasksEXT(1,1);

  gl_MeshVertexCountEXT = 1;
  gl_PrimitiveCountEXT = 1;
}

            

              
                Copy
              
            
          

ഈ ഉദാഹരണത്തിൽ, വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം 256 ആണ്. ഓരോ ത്രെഡും ഇൻപുട്ട് അറേയിൽ നിന്ന് ഒരു മൂല്യം ഷെയർഡ് മെമ്മറിയിലേക്ക് ലോഡ് ചെയ്യുന്നു. തുടർന്ന്, ത്രെഡുകൾ ഷെയർഡ് മെമ്മറിയിൽ ഒരു റിഡക്ഷൻ ഓപ്പറേഷൻ നടത്തുന്നു, മൂല്യങ്ങൾ ഒരുമിച്ച് കൂട്ടുന്നു. അന്തിമ ഫലം ഔട്ട്പുട്ട് അറേയിൽ സംഭരിക്കുന്നു.

മെഷ് ഷേഡറുകൾ ഡീബഗ് ചെയ്യലും പ്രൊഫൈൽ ചെയ്യലും

മെഷ് ഷേഡറുകളുടെ സമാന്തര സ്വഭാവവും പരിമിതമായ ഡീബഗ്ഗിംഗ് ടൂളുകളും കാരണം അവയെ ഡീബഗ് ചെയ്യലും പ്രൊഫൈൽ ചെയ്യലും വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതാണ്. എന്നിരുന്നാലും, പ്രകടന പ്രശ്നങ്ങൾ തിരിച്ചറിയാനും പരിഹരിക്കാനും നിരവധി ടെക്നിക്കുകൾ ഉപയോഗിക്കാം:

• വെബ്ജിഎൽ പ്രൊഫൈലിംഗ് ടൂളുകൾ ഉപയോഗിക്കുക: Chrome DevTools, Firefox Developer Tools പോലുള്ള വെബ്ജിഎൽ പ്രൊഫൈലിംഗ് ടൂളുകൾ മെഷ് ഷേഡറുകളുടെ പ്രകടനത്തെക്കുറിച്ച് വിലയേറിയ ഉൾക്കാഴ്ചകൾ നൽകാൻ കഴിയും. അമിതമായ രജിസ്റ്റർ പ്രഷർ, വാർപ്പ് ഡൈവേർജൻസ്, അല്ലെങ്കിൽ മെമ്മറി ആക്‌സസ് സ്റ്റാളുകൾ പോലുള്ള തടസ്സങ്ങൾ തിരിച്ചറിയാൻ ഈ ടൂളുകൾ ഉപയോഗിക്കാം.
• ഡീബഗ് ഔട്ട്പുട്ട് ചേർക്കുക: വേരിയബിളുകളുടെ മൂല്യങ്ങളും ത്രെഡുകളുടെ എക്സിക്യൂഷൻ പാതയും ട്രാക്ക് ചെയ്യുന്നതിന് ഷേഡർ കോഡിലേക്ക് ഡീബഗ് ഔട്ട്പുട്ട് ചേർക്കുക. ഇത് ലോജിക്കൽ പിശകുകളും അപ്രതീക്ഷിത പെരുമാറ്റങ്ങളും തിരിച്ചറിയാൻ സഹായിക്കും. എന്നിരുന്നാലും, വളരെയധികം ഡീബഗ് ഔട്ട്പുട്ട് ചേർക്കാതിരിക്കാൻ ശ്രദ്ധിക്കുക, കാരണം ഇത് പ്രകടനത്തെ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കും.
• പ്രശ്നത്തിന്റെ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുക: ഡീബഗ് ചെയ്യുന്നത് എളുപ്പമാക്കുന്നതിന് പ്രശ്നത്തിന്റെ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുക. ഉദാഹരണത്തിന്, മെഷ് ഷേഡർ ഒരു വലിയ രംഗം പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുകയാണെങ്കിൽ, പ്രശ്നം നിലനിൽക്കുന്നുണ്ടോയെന്ന് കാണാൻ പ്രിമിറ്റീവുകളുടെയോ വെർട്ടെക്സുകളുടെയോ എണ്ണം കുറയ്ക്കാൻ ശ്രമിക്കുക.
• വ്യത്യസ്ത ഹാർഡ്‌വെയറിൽ പരീക്ഷിക്കുക: ഹാർഡ്‌വെയർ-നിർദ്ദിഷ്ട പ്രശ്നങ്ങൾ തിരിച്ചറിയാൻ വ്യത്യസ്ത ജിപിയു-കളിൽ മെഷ് ഷേഡർ പരീക്ഷിക്കുക. ചില ജിപിയു-കൾക്ക് വ്യത്യസ്ത പ്രകടന സവിശേഷതകൾ ഉണ്ടായിരിക്കാം അല്ലെങ്കിൽ ഷേഡർ കോഡിലെ ബഗുകൾ വെളിപ്പെടുത്തിയേക്കാം.

ഉപസംഹാരം

വെബ്ജിഎൽ മെഷ് ഷേഡർ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷനും ജിപിയു ത്രെഡ് ഓർഗനൈസേഷനും മനസ്സിലാക്കുന്നത് ഈ ശക്തമായ ഫീച്ചറിന്റെ പ്രകടന നേട്ടങ്ങൾ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് നിർണായകമാണ്. വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് വലുപ്പം ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിലൂടെയും, വാർപ്പ് ഡൈവേർജൻസ് കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെയും, ഷെയർഡ് മെമ്മറി ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെയും, ലോഡ് ബാലൻസിംഗ് ഉറപ്പാക്കുന്നതിലൂടെയും, ഡെവലപ്പർമാർക്ക് ജിപിയു-വിനെ ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന കാര്യക്ഷമമായ മെഷ് ഷേഡറുകൾ എഴുതാൻ കഴിയും. ഇത് വേഗതയേറിയ റെൻഡറിംഗ് സമയങ്ങൾ, മെച്ചപ്പെട്ട ഫ്രെയിം റേറ്റുകൾ, കൂടുതൽ ദൃശ്യഭംഗിയുള്ള വെബ്ജിഎൽ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ എന്നിവയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

മെഷ് ഷേഡറുകൾ കൂടുതൽ വ്യാപകമാകുമ്പോൾ, വെബ്ജിഎൽ ഗ്രാഫിക്സിന്റെ അതിരുകൾ ഭേദിക്കാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്ന ഏതൊരു ഡെവലപ്പർക്കും അവയുടെ ആന്തരിക പ്രവർത്തനങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ആഴത്തിലുള്ള ധാരണ അത്യാവശ്യമായിരിക്കും. പരീക്ഷണം, പ്രൊഫൈലിംഗ്, നിരന്തരമായ പഠനം എന്നിവയാണ് ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ പ്രാവീണ്യം നേടുന്നതിനും അതിന്റെ മുഴുവൻ കഴിവുകളും അൺലോക്ക് ചെയ്യുന്നതിനും പ്രധാനം.

കൂടുതൽ വിവരങ്ങൾക്കായി

• ക്രോണോസ് ഗ്രൂപ്പ് - മെഷ് ഷേഡിംഗ് എക്സ്റ്റൻഷൻ സ്പെസിഫിക്കേഷൻ: [https://www.khronos.org/](https://www.khronos.org/)
• വെബ്ജിഎൽ സാമ്പിളുകൾ: [പൊതുവായ വെബ്ജിഎൽ മെഷ് ഷേഡർ ഉദാഹരണങ്ങളിലേക്കോ ഡെമോകളിലേക്കോ ലിങ്കുകൾ നൽകുക]
• ഡെവലപ്പർ ഫോറങ്ങൾ: [വെബ്ജിഎല്ലിനും ഗ്രാഫിക്സ് പ്രോഗ്രാമിംഗിനുമുള്ള പ്രസക്തമായ ഫോറങ്ങളോ കമ്മ്യൂണിറ്റികളോ പരാമർശിക്കുക]