Unity 3D : ComputeShader 全面詳解

https://blog.csdn.net/weixin_38884324/article/details/80570160

前言：

會寫一些簡單的 ComputeShader，但還是很多人可能還搞不懂

Dispatch (x, y, z)
[numthreads (x, y, z)]
SV_GroupID
SV_GroupThreadID
SV_GroupIndex
SV_DispatchThreadID

這些是啥，今天我來為大家做一個比較全面的說明，畢竟 ComputeShader 的資源還算是比較少的。

另外我當大家已經運行過一些簡單的 ComputeShader 代碼了，只是不了解其中的奧秘。

如果你沒運行過，那可以先到這邊爽一下：https://blog.csdn.net/weixin_38884324/article/details/79285371

※ 需要注意的是，本篇文章是用圖片的方式來說明，並非使用矩陣的方式來講解，因為我覺得圖片的方式會比較好理解。而且輸入(Texture2D)與輸出(RWTexture2D) 的圖片是同一個解析度。

第一節：

Dispatch (x, y, z) 與 numthreads (x, y, z) 的關係

很多人把 ComputeShader 代碼 Run 起來了，但或多或少會產生一個疑問，就是在 C# 中的 Dispatch 與 ComputeShader 中的 numthreads 是啥關係，感覺其中數字設定有一些奧妙所在 ? 試著亂調其中的數字圖片還會有部分會無法顯示….WTF?

假設你輸入(Texture2D)與輸出(RWTexture2D) 的圖片是同一個解析度，你只是要做一些單像素的計算 (例如轉成灰階)，那麼 Dispatch 與 numthreads 要如何設置才能顯示完整的圖片? 而不會缺一角?

其實很簡單，假設圖片解析度是 256 x 128，那麼以下幾種設置都能完整顯示圖片：

Dispatch (k, 256, 128, 1)         [numthreads (1, 1, 1)]
Dispatch (k, 32, 16, 1)           [numthreads (8, 8, 1)]
Dispatch (k, 256/8, 128/8, 1)     [numthreads (8, 8, 1)]
Dispatch (k, 8, 4, 1)             [numthreads (32, 32, 1)]

哇靠，這麼多種 ? 那有甚麼規律呢 ?

有的，你會發現 Dispatch.x * numthreads.x = 256 ( 圖片寬度 )，Dispatch.y * numthreads.y = 128 ( 圖片高度 )。只要 Dispatch * numthreads 是圖片大小，那麼圖片就能完全顯示，不會少漏一個像素。

But ! But ! But !

但是非常重要的事情是，numthreads 使用上是有限制的，numthreads.x * numthreads.y * numthreads.z 必須小於等於 1024

以下是錯誤例子，乖孩子別學：

[numthreads (64, 32, 1)]
[numthreads (16, 16, 16)]
[numthreads (256, 128, 1)]

好了，現在你已經能夠完美顯示圖片了，但是並不瞭解其中的原理，所以下一章開始會更詳細的說明。

第二節：

更深入的了解 Group 與 Thread 的關係

我們第一節使用 Dispatch(x, y, z)，其實這就是在設定 Group 數量；而 numthreads(x, y, z) 就是在設定 Thread 數量。

假設我們有一張 4X4的圖像，使用參數 Dispatch(k, 2, 2, 1) 與 [numthreads(2, 2, 1)] 。那麼在 GPU 中劃分就如同下圖 ( 四個 Group, 每個 Group 中又包四個 Thread )：

Group 的 長、寬、高 是由 numthreads 所設定的，同理一個Group的大小是不能超過 1024 ( 見第一節 )。

同理 [numthreads(32, 32, 1)] 的 Group 大小就是 32 * 32 * 1 ( 也許你可以理解 32 * 32 像素 )

然而如果你的 GPU 有 64 核心，而你的 Group 也有 64 個，那麼每個核心將能處理一個 Group。

假設 ThreadSize = ( numthreads.x * numthreads.y * numthreads.z )

那麼不同的 ThreadSize 在不同硬件廠下分配的資源是不同的

建議：
AMD：ThreadSize 使用 64 的倍數 ( wavefront 架構 )
NVIDIA：ThreadSize 使用 32 的倍數 ( SIMD32 (Warp) 架構 )

另外使用 Group 有個好處，就是可以等待所有 Thread 同步。不過不同的 Group 是無法同步的。

如果你要在一個 Group 中同步所有 Thread，你可以用下面這語法

GroupMemoryBarrierWithGroupSync();

第三節：

SV_GroupID、SV_GroupThreadID、SV_GroupIndex 關係

由上圖可知，我們在 ComputeShader 函式中可以放入四個值，分別是

SV_GroupID : 線程組 ID
SV_GroupThreadID : 線程組內的線程 ID (三維，你可以理解為 Group 內的座標)
SV_GroupIndex : 線程組內的線程 ID (一維)
SV_DispatchThreadID : 唯一ID (你可以理解成整張圖片座標)

用下圖可以知道他們的座標關係：

看不懂 ? 好吧，我實際 Run 結果應該就明白啦 ! 如下圖：

Group ID 一看就懂：

來看一下索米 :

Group Thread ID 一看就懂：

Group Index 一看就懂：

第四節：

DispatchThreadID

公式：DispatchThreadID = GroupID * numthreads + GroupThreadID

// 敬請期待…

第五節：

性能優化

// 敬請期待…

第六節

原子鎖

// 敬請期待…

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=第七節

共享內存

// 敬請期待…

groupshared float4 gCache[256]
最大空间为32kb
用 Group Thread ID 索引

結語：

好累哈，花了一整天總算寫完一 ~ 三節 ( 後面節數慢慢補充 )，也算是自己思緒地整理，雖然一些地方表達得不是很好，但我盡量用最簡單的方式說明，如果你覺得有更好的建議或不完美的地方，歡迎在下面留言。如果你喜歡本文章就按讚吧，如果你要轉載請註明出處吧。

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參考

參考：https://blog.csdn.net/YgritteSnow/article/details/54988931