[JumpToDX11-12] DirectCompute 의 절차.

앞선 시간에서 우리는 GPGPU 의 실행에 대한 간단한 개념에 살펴보았습니다.
이제 실제적으로 GPGPU 를 활용하는 절차를 살펴볼 차례입니다.
큰 절차는 다음과 같습니다.

 

< DirectCompute 의 초기화 >

가장 먼저 DirectCompute 를 초기화 해야 합니다.
 

hr = D3D11CreateDevice

(

     NULL,     // default gfx adapter

  D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,  // use hw

     NULL,               // not sw rasterizer

     uCreationFlags,     // Debug, Threaded, etc.

     NULL,               // feature levels

     0,                  // size of above

     D3D11_SDK_VERSION,  // SDK version

     ppDeviceOut,        // D3D Device

     &FeatureLevelOut,   // of actual device

     ppContextOut );     // subunit of device

);

어디서 많이 본 API 라고 생각이 드시죠.
DirectCompute 를 초기화하는 작업은 바로 전통적인 CreateDevice() API 를 사용하는 것입니다.
즉, DirectX 를 사용하는 것입니다.
이로 인해서 DirectX 는 더욱 더 넓은 범위에서 활용되어 질 것입니다.


< HLSL 의 로드 >

그 다음은 실제적으로 GPU 가 실행을 하게될 로직을 로드할 차례입니다.
이것은 워낙 다양할 수 있는 부분이기 때문에, 여기서는 간단하게 예를 들겠습니다.


#define BLOCK_SIZE 256

StructuredBuffer   gBuf1;
StructuredBuffer   gBuf2;
RWStructuredBuffer gBufOut;

[numthreads(BLOCK_SIZE,1,1)]
void VectorAdd( uint3 id: SV_DispatchThreadID )
{
  gBufOut[id] = gBuf1[id] + gBuf2[id];
}

보통 이를 두고 ComputeShader 라고 합니다.
ComputeShader 를 위한 여러종류의 버퍼가 존재합니다.
더 많은 종류의 버퍼는 차후에 설명드리기로 하겠습니다.

StructuredBuffer 라고 정의된 키워드는 C언어의 구조체와 같은 구조를 가집니다.
즉, 개발자가 정의한 구조체입니다.
그런데 앞에 식별자가 없으면 읽기 전용이라는 의미입니다.
반면에 앞에 'RW' 라고 명시된 버퍼는 읽기/쓰기 가 가능한 버퍼라는 의미입니다.
우리는 GPU 가 처리한 결과는 읽기/쓰기가 가능해야 하기 때문에,
결과를 저장하는 버퍼는 'RW" 가 명시되어 있습니다.
최적화를 위해서 각 목적에 맞게 버퍼를 사용해야 할 것입니다.^^


< ComputeShader 의 생성 >

pD3D->CreateComputeShader( pBlob->GetBufferPointer(),
                                             pBlob->GetBufferSize(),
                                             NULL,
                                             &pMyShader );  // hw fmt

CreateComputeShader() API 를 통해서 간단히 ComputeShader 를 생성할 수 있습니다.


< 입력을 위한 GPU 버퍼 만들기 >

우리가 GPGPU 를 활용하는 것은 CPU 를 활용하는 것보다 빠르게 결과를 도출하기 위해서입니다.
이를 위해서는 GPU 가 빠르게 액세스할 수 있는 버퍼가 있어야 할 것이며,
당연히 이것은 비디오 메모리에 존재해야 할 것입니다.
그래서 우리는 DirectX 인터페이스를 통해서 비디오 메모리를 생성을 합니다.


D3D11_BUFFER_DESC descBuf;
ZeroMemory( &descBuf, sizeof(descBuf) );
desc.BindFlags = D3D11_BIND_UNORDERED_ACCESS;
desc.StructureByteStride = uElementSize;
desc.ByteWidth = uElementSize * uCount;
desc.MiscFlags = D3D11_RESOURCE_MISC_BUFFER_STRUCTURED;

pD3D->CreateBuffer( &desc, pInput, ppBuffer );

주의해야 할 것은 바로 'BindFlags' 입니다.
'D3D11_BIND_UNORDERED_ACCESS' 라는 플래그를 주고 있습니다.
이것은 PixelShader 나 ComputeShader 에서 병렬적으로 실행하는 버퍼를 의미합니다.


< 뷰를 만들자!! >

버퍼 리소스를 만들었으면, 이제 이를 실제 파이프라인에서 액세스할 수 있는 매커니즘을 만들어야 합니다.
즉, ShaderResourceView 를 만들어야 합니다.
DirectX10 부터는 아래와 같이 리소스들을 다루어야 합니다.

앞선 시간들을 통해서 View 라는 개념을 충분히(?) 숙지하셨을 것이라 생각합니다.^^
대체로 ShaderResourceView 는 파이프라인 스테이지에서 읽기 전용입니다.
그런데, 아래 UnorderedAccessView 는 양방향 화살표로 되어있습니다.
읽기/쓰기가 가능한 형태입니다.
이를 통해서 결과를 비디오 메모리에 있는 버퍼에 결과를 기록할 수 있음을 보여주고 있는 것입니다.


실제 API 를 통한 View 생성은 다음과 같습니다.

D3D11_UNORDERED_ACCESS_VIEW_DESC desc;
ZeroMemory( &desc, sizeof(desc) );
desc.ViewDimension = D3D11_UAV_DIMENSION_BUFFER;
desc.Buffer.FirstElement = 0;
desc.Format = DXGI_FORMAT_UNKNOWN;
desc.Buffer.NumElements = uCount;

pD3D->CreateUnorderedAccessView( pBuffer, // Buffer view is into
                                                      &desc,  // above data
                                                      &pMyUAV ); // result


중요한 부분은 ViewDimension 부분입니다.
'D3D11_UAV_DIMENSION_BUFFER' 를 설정하고 있는데,
이는 ComputeShader 상에서 이 버퍼를 일반적인 버퍼로 보겠다는 의미입니다.
즉, 샘플링 작업을 전혀하지 않습니다. 
이는 어떠한 수정도 없이 데이터를 있는 그대로 보존합니다.


< 실행 단계 >

이제까지는 모두 준비 단계였습니다.
이제는 실제 실행 단계에 대해서 언급해 보겠습니다.

먼저, ComputeShader 를 현재 파이프라인 스테이지에 아래와 같이 바인딩 해주어야 합니다.
pD3D->CSSetShader( pMyShader, NULL, 0 );


그 다음에는 뷰를 바인딩해야 합니다.
pD3D->CSSetUnorderedAccessViews( 0,
                                                        1,
                                                       &pMyUAV,
                                                       NULL );


이제 마지막으로 GPU 에게 현재 바인딩된 내용을 바탕으로 연산해 줄 것을 요청합니다.
pD3D->Dispatch( GrpsX, GrpsY, GrpsZ );


이제 실행의 단계가 모두 끝났습니다.
이 단계까지 끝나면, 실행 결과가 비디오 메모리에 존재합니다.
우리가 결과를 확인하기 위해서는 CPU 가 액세스할 수 있는 버퍼로 결과를 복사해야 합니다.


< 결과 복사해 오기 >

결과를 CPU 가 액세스 하기 위해서는 어떻게 해야 할까요?
이전 시간을 통해서 언급드렸듯이,
DX10 부터는 리소스에 대한 세부적인 액세스 권한에 대한 플래그를 설정할 수 있습니다.
그래서 다음과 같은 설정으로 버퍼를 만듭니다.

D3D11_BUFFER_DESC desc;
ZeroMemory( &desc, sizeof(desc) );
desc.CPUAccessFlags = D3D11_CPU_ACCESS_READ;
desc.Usage = D3D11_USAGE_STAGING;
desc.BindFlags = 0;
desc.MiscFlags = 0;
pD3D->CreateBuffer( &desc, NULL, &StagingBuf );

'D3D11_CPU_ACCESS_READ' 라는 플래그를 통해서,
이 버퍼는 CPU 가 액세스 할 수 있는 형태로 만듭니다.
그리고 'D3D11_USAGE_STAGING' 라는 플래그를 통해서
단순히 비디오 메모리에 있는 내용을
CPU 도 접근 할 수 있는 메모리로 복사해오는 버퍼임을 명시합니다.


그리고 아래와 같이, 준비해둔 버퍼에 실제로 메모리를 복사해 옵니다.
pD3D->CopyResource( StagingBuf, pBuffer );

마침내 우리는 GPU 에 의해서 처리된 결과를 확인할 수 있게 되었습니다.


< 마치며...>

지금까지 DirectCompute 를 활용하는 일련의 절차에 대해서 살펴보았습니다.
DirectX11 의 API 가 생소해서 어려워 보일 수 있지만,
실제로 DirectCompute 의 절차는 그리 복잡하지는 않습니다.
현재 DirectCompute 의 활용은 SDK 샘플에 'NBodyGravity' 라는 이름으로 들어있습니다.
제가 여기에 대해서 자세히 언급드리면 좋겠지만,
그것은 차후로 미루기로 하겠습니다.^^


참고 자료
http://microsoftpdc.com/Sessions/P09-16
본 내용은 위의 PDC 를 참고해서 만들었습니다.