Seminar OpenCL Programmierung Grundlagen: Plattformmodell, Kernels, Runtime

Inhaltsverzeichnis

• Abstract
• Zielgruppe und Voraussetzungen
• Lernziele
• Inhalte und Module
• Praxisübungen
• Agenda

Abstract

Dieses Seminar führt systematisch in OpenCL ein und zeigt, wie GPU- und Accelerator-Code plattformübergreifend entwickelt wird. Behandelt werden Plattform- und Gerätemodell, Kontext- und Queue-Konzepte, Speicherobjekte, Kernel-Kompilierung und Event-basierte Synchronisation. Der Schwerpunkt liegt auf einem klaren Runtime-Design, reproduzierbaren Builds und einer sauberen Trennung zwischen Host-Steuerung und Device-Code. Übungen bauen eine portable Compute-Pipeline auf, die auf verschiedenen Geräten lauffähig ist.

Zielgruppe und Voraussetzungen

• Zielgruppe: Entwicklungsteams mit Anforderungen an Portabilität oder heterogene Hardware
• Voraussetzungen: C/C++-Grundkenntnisse. Keine OpenCL-Vorkenntnisse erforderlich

Lernziele

• OpenCL Plattformmodell und Ressourcenverwaltung sicher anwenden
• Kernel-Workloads korrekt auf Work-Items und Work-Groups abbilden
• Speicherobjekte, Transfers und Synchronisation robust implementieren
• Portabilitäts- und Kompatibilitätsfallen vermeiden

Inhalte und Module

• OpenCL Überblick: Plattform, Device, Context, Program, Kernel
• Command Queues und Events: Abhängigkeiten, Synchronisation, Timing
• Memory Objects: Buffers, Images (Einordnung), Local Memory, Constant-Konzepte
• Kernel-Sprache: Indexierung, Work-Group-Größen, Barrieren
• Build- und Compile-Modelle: zur Laufzeit vs offline, Optionen, Caching
• Fehlerhandling: Return-Codes, Diagnostik, stabile Logging-Strategien
• Datenlayout und Performance-Grundlagen: Coalescing-Analogie, Vektortypen (Einführung)
• Host-Code-Architektur: Abstraktionsschichten, Device-Auswahl, Capability Checks

Praxisübungen

• Geräte-Discovery und Capability-Ausgabe
• Erster Kernel: Vektoroperationen und Validierung
• Event-Timing: Kernel-Laufzeiten korrekt messen
• Reduktion light: atomare Variante und Work-Group-Variante (Einführung)
• Caching und Rebuild-Vermeidung: Program-Binaries und Build-Caching (praxisnah)

Agenda

• Tag 1
  • Plattformmodell und Setup
  • Queues, Events, Timing
  • Übungen: Discovery + erster Kernel
• Tag 2
  • Speicherobjekte und Transfers
  • Kernel-Indexierung und Work-Group-Design
  • Übungen: 2D-Kernel + Timing
• Tag 3
  • Build-Modelle, Caching, Diagnostik
  • Robustness, Portabilitäts-Checks, API-Design
  • Übungen: portable Pipeline + Tests