Introdução

Neste tutorial, você aprenderá a desenvolver aplicações aceleradas utilizando OpenCL e o framework CLBlast, que é projetado para otimização de algoritmos em GPUs. OpenCL (Open Computing Language) é uma plataforma de computação paralela que permite o uso de CPUs e GPUs para processar dados. O CLBlast é uma biblioteca de álgebra linear otimizada que fornece operações como produtos de matrizes e soluções de sistemas lineares, aproveitando devidamente a potência das GPUs. A combinação dessas duas tecnologias permitirá que você crie aplicações com desempenho superior em comparação com as soluções tradicionais baseadas apenas em CPUs. Vamos passo a passo configurar seu ambiente, escrever código, integrar o CLBlast e terminar com testes unitários para garantir que sua aplicação esteja funcionando corretamente.

Etapas

  1. Configuração do Ambiente de Desenvolvimento

    Certifique-se de ter o OpenCL e o CLBlast instalados em sua máquina. Você também precisará de um compilador C++ e CMake. Para verificar se o OpenCL está instalado, execute ‘clinfo’ no terminal. Se você ainda não tiver o CLBlast, clone o repositório oficial do GitHub.

    commands
    # Verificar instalação do OpenCL
    clinfo
    # Clonar o repositório CLBlast
    git clone https://github.com/CNugteren/CLBlast.git

  2. Compilação do CLBlast

    Após clonar o repositório do CLBlast, entre na pasta do CLBlast e crie um diretório de construção. Em seguida, use o CMake para compilar a biblioteca. Isso gerará as bibliotecas necessárias para serem usadas em seu projeto.

    commands
    cd CLBlast
    mkdir build
    cd build
    cmake ..
    make

  3. Criando um Projeto C++

    Crie um diretório para seu projeto e dentro dele crie um arquivo chamado ‘main.cpp’. Este arquivo conterá seu código OpenCL que utilizará o CLBlast para operações de álgebra linear.

    commands
    mkdir MeuProjetoCLBlast
    cd MeuProjetoCLBlast
    touch main.cpp

  4. Escrevendo o Código OpenCL com CLBlast

    Edite o arquivo ‘main.cpp’ e escreva o código que inicializa OpenCL, configura o ambiente e chama funções do CLBlast para realizar operações de álgebra linear. No exemplo a seguir, realizamos a multiplicação de matrizes.

    main.cpp
    #include <CL/cl.hpp>
#include <CLBlast.h>
#include <iostream>

int main() {
    // Configurando OpenCL
    cl_int err;
    std::vector<cl::Platform> platforms;
    cl::Platform::get(&platforms);
    cl::Platform platform = platforms.front();
    cl::Device device;
    platform.getDevices(CL_DEVICE_TYPE_GPU, &device);
    cl::Context context(device);
    cl::CommandQueue queue(context, device);

    // Exemplo para CLBlast
    const int N = 2;
    float A[N * N] = {1, 2, 3, 4}; 
    float B[N * N] = {5, 6, 7, 8};
    float C[N * N];
    clblast::Sgemm(clblast::Layout::kRowMajor, clblast::Transpose::kNo, clblast::Transpose::kNo,
                   N, N, N, 1.0f, A, N, B, N, 0.0f, C, N, &queue, &err);

    std::cout << "Resultado da multiplicação: " << C[0] << ", " << C[1] << ", " << C[2] << ", " << C[3] << std::endl;
    return 0;
}

  5. Compilando e Executando o Projeto

    Compile seu projeto C++ usando o g++ e as bibliotecas do CLBlast. Após a compilação, execute o aplicativo e verifique se a multiplicação de matrizes foi realizada corretamente.

    commands
    g++ main.cpp -o MeuProjetoCLBlast -lOpenCL -L<path-to-CLBlast>/build -lclblast
    ./MeuProjetoCLBlast

  6. Implementação de Testes Unitários

    Para garantir que seu código está funcionando conforme o esperado, use um framework de teste como Google Test. Crie um arquivo `test_main.cpp` que inclui casos de teste para a função de multiplicação de matrizes e configure o Google Test em seu projeto.

    test_main.cpp
    #include <gtest/gtest.h>
#include <CLBlast.h>

TEST(MultiplicacaoMatrizes, TesteMultiplicacao) {
    float A[4] = {1, 2, 3, 4};
    float B[4] = {5, 6, 7, 8};
    float C[4];
    clblast::Sgemm(clblast::Layout::kRowMajor, clblast::Transpose::kNo, clblast::Transpose::kNo,
                   2, 2, 2, 1.0f, A, 2, B, 2, 0.0f, C, 2, nullptr, nullptr);
    EXPECT_EQ(C[0], 19);
    EXPECT_EQ(C[1], 22);
    EXPECT_EQ(C[2], 43);
    EXPECT_EQ(C[3], 50);
}

  7. Compilação e Execução dos Testes

    Compile os testes unitários e execute-os para verificar se tudo funciona conforme o esperado. Use o Google Test para ver os resultados dos testes.

    commands
    g++ test_main.cpp -o Testes -lgtest -lOpenCL -L<path-to-CLBlast>/build -lclblast
    ./Testes

Conclusão

Neste tutorial, você aprendeu a desenvolver aplicações aceleradas usando OpenCL e o framework CLBlast, passando por toda a configuração do ambiente, escrita de código e implementação de testes unitários. A integração de CLBlast permite que você aproveite a capacidade de computação das GPUs para otimizar algoritmos complexos, resultando em um desempenho significativamente melhorado. Com este conhecimento, você está pronto para explorar ainda mais as capacidades das tecnologias de computação paralela.

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