OpenCL 粒子系统内存布局

Question

我需要一些关于 OpenCL 代码的建议。我在 OpenCL 中编写一个粒子系统，直接从 OpenCL 绘制到 gpu 上，所以没有复制到 CPU。这一切都很好，但我在创建新粒子时遇到了问题。

我在 GPU 上分配了一个包含所有粒子数据的大内存区域。粒子的参数之一称为 isAlive，它决定了它的活跃天气。当我想创建一个新粒子时，我会找到一个不活跃的粒子，将其位置修改为起始位置，然后将其设置为 isAlive true。这个过程非常昂贵，因为我必须遍历所有粒子以找到不活跃的粒子，同时我必须确保多个线程不会同时创建相同的粒子（所以我不最后得到更多的粒子然后我问）。 有没有什么好的考虑、算法或策略可以更优雅、更快地解决这个问题？

Answer 1

这是我会尝试的一种方法：将 isAlive 的标志与数据结构的其余部分分开。这似乎是一段经常读取但很少写入的数据。使用单个 uint 跟踪 32 个粒子的状态。使用 0 表示活着，使用 1 表示死亡——本质上是创建一个 isDead 列表。我假设你将拥有比死粒子更多的活粒子。

可以在需要时将这些值（一次 32 个）读取到本地内存中。这使您可以创建一个快速迭代数据的内核，以寻找非零值。这里的性能大幅提升伴随着密集数据，从而减少了存储和加载标志的内存开销。这使得检查其中一个值成为一种更便宜的操作，允许您更快地迭代它们。更改 32 位值时需要小心，以免损坏共享同一 uint 的其他数据（隔行扫描可以帮助解决此问题）。当您需要缩小 1 位的确切位置时，指令 clz 和 popcount 将很有帮助。 opencl 1.2 refcard

可能的优化#1： 如果您愿意，您可以尝试将这些值交错，以便第一个 uint 跟踪索引 0,32,64,96,...,992，第二个 uint 表示 1,33,65,97,...,993 和很快。这可以允许通常作用于特定粒子的工作项读取 32 个连续的 isDead 状态。这可能会付出更多的努力而不值得，但这取决于您的应用程序。

可能的优化 #2： 如果死粒子真的很稀疏，那么在更高级别上跟踪 isDead 列表可能是值得的。使用相同的技术，很容易将 isDead 位/uint 列表再次减少 32 倍。第 2 级的每个位代表相应 uint 的状态。即：如果设置了 uint N 中的任何位，则该列表的位 N 也将被设置。仅当您的数据中预期有很多零时才有用，但是这个额外的步骤可以节省大量在数据中搜索稀有“on”位的周期。包括原始 isDead 数据在内的总内存开销为：memBits = ceil(particleCount/32) + ceil(particleCount/32^2)，或每 2^20 个粒子大约 128kb + 4kb。

使用上述方法，可以编写一个内核，返回给定范围内的死粒子数，并快速找到下一个可用的死粒子。