インテル® FPGA SDK for OpenCL™プロ・エディション: プログラミング・ガイド

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ID 683846
日付 4/01/2019
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ の概要 2. インテル® FPGA SDK for OpenCL™オフライン・コンパイラーのカーネル・コンパイル・フロー 3. ソフトウェア、コンパイラー、カスタム・プラットフォームに関する一般的な情報の取得 4. FPGAボードの管理 5. OpenCLカーネルの構築 6. ホスト・アプリケーションの設計 7. OpenCL カーネルのコンパイル 8. OpenCLカーネルのエミュレーションとデバッグ 9. カーネルのreport.htmlファイルのレビュー 10. OpenCLカーネルのプロファイリング 11. インテル® Code Builder for OpenCL™ を使用するOpenCL™アプリケーションの開発 12. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ のアドバンスト機能 A. OpenCL機能のサポート状況 B. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ プロ・エディション・プログラミング・ガイドの改訂履歴
1. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ の概要 x
1.1. インテル FPGA SDK for OpenCL プロ・エディション・プログラミング・ガイドのご利用における前提条件 1.2. インテル FPGA SDK for OpenCLのFPGAプログラミング・フロー
2. インテル® FPGA SDK for OpenCL™オフライン・コンパイラーのカーネル・コンパイル・フロー x
2.1. シンプルなカーネルに向けたワンステップ・コンパイル 2.2. 複数のステップによる インテル® FPGA SDK for OpenCL™ プロ・エディション・デザイン・フロー
3. ソフトウェア、コンパイラー、カスタム・プラットフォームに関する一般的な情報の取得 x
3.1. ソフトウェア・バージョンの表示 (version) 3.2. コンパイラー・バージョンの表示 (-version) 3.3. インテル FPGA SDK for OpenCL ユーティリティー・コマンド・オプション・リストの表示 (help) 3.4. インテル FPGA SDK for OpenCL オフライン・コンパイラー・コマンド・オプション・リストの表示 (引数なし、-help、-h) 3.5. 利用可能なFPGAボードとカスタム・プラットフォームのリスト表示 (-list-boardsおよび-list-board-packages) 3.6. OpenCLバイナリーのコンパイル環境の表示 (env)
3.3. インテル FPGA SDK for OpenCL ユーティリティー・コマンド・オプション・リストの表示 (help) x
3.3.1. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ ユーティリティー・コマンド・オプション情報の表示 (help <command_option>)
4. FPGAボードの管理 x
4.1. FPGAボードのインストール (install) 4.2. FPGAボードのアンインストール (uninstall) 4.3. FPGAボードのデバイス名の照会 (diagnose) 4.4. ボード診断テストの実行 (diagnose <device_name>) 4.5. オフラインまたはホストなしでのFPGAのプログラミング (program <device_name>) 4.6. フラッシュメモリーのプログラミング (flash <device_name>)
5. OpenCLカーネルの構築 x
5.1. カーネルの命名ガイドライン 5.2. データの処理効率を最適化するためのプログラミング手法 5.3. ローカル・メモリー・サイズへのポインターの最適化に向けたプログラミング手法 5.4. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ チャネル拡張の実装 5.5. OpenCLパイプの実装 5.6. 任意精度での整数の実装 5.7. 条件付きコンパイルにおける定義済みプリプロセッサー・マクロの使用 5.8. __constantアドレス空間修飾子の宣言 5.9. 構造体データ型をOpenCLカーネルに引数として含める 5.10. レジスターの推論 5.11. 倍精度浮動小数点演算の有効化 5.12. 単一ワークアイテム・カーネルに向けた単一サイクル浮動小数点アキュムレーター 5.13. 整数のプロモーション規則
5.2. データの処理効率を最適化するためのプログラミング手法 x
5.2.1. ループ展開 (unroll Pragma) 5.2.2. ネスト化されたループの結合 5.2.3. ループ開始間隔の指定 (II) 5.2.4. ループの並列性 (max_concurrency Pragma) 5.2.5. ループの投機的実行 (speculated_iterations Pragma) 5.2.6. ワークグループ・サイズの指定 5.2.7. 計算ユニット数の指定 5.2.8. SIMDワークアイテム数の指定 5.2.9. メモリー属性の指定
5.4. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ チャネル拡張の実装 x
5.4.1. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ チャネル拡張の概要 5.4.2. チャネルにおけるデータの動作 5.4.3. チャネルに対する複数のワークアイテムの順序付け 5.4.4. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ チャネル拡張の実装における制約 5.4.5. OpenCLカーネルに向けた インテル® FPGA SDK for OpenCL™ チャネルの有効化
5.4.3. チャネルに対する複数のワークアイテムの順序付け x
5.4.3.1. チャネルのワークアイテムのシリアル実行
5.4.5. OpenCLカーネルに向けた インテル® FPGA SDK for OpenCL™ チャネルの有効化 x
5.4.5.1. チャネルのハンドル宣言 5.4.5.2. ブロッキングのチャネル書き込みの実装 5.4.5.3. ブロッキングのチャネル読み取りの実装 5.4.5.4. ioチャネル属性を使用したI/Oチャネルの実装 5.4.5.5. I/Oチャネルのエミュレーション 5.4.5.6. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ チャネル実装を活用したモデル例 5.4.5.7. depth属性を使用するバッファーされたチャネルの実装 5.4.5.8. チャネルの呼び出し順序の強制
5.5. OpenCLパイプの実装 x
5.5.1. OpenCLパイプ機能の概要 5.5.2. パイプデータの動作 5.5.3. パイプにおける複数のワークアイテムの順序付け 5.5.4. OpenCLのパイプ実装における制約 5.5.5. カーネルに向けたOpenCLパイプの有効化 5.5.6. ホストパイプを介したカーネルとの直接通信
5.5.3. パイプにおける複数のワークアイテムの順序付け x
5.5.3.1. パイプにおけるワークアイテムのシリアル実行
5.5.5. カーネルに向けたOpenCLパイプの有効化 x
5.5.5.1. 他のOpenCL SDKとの互換性の確保 5.5.5.2. パイプハンドルの宣言 5.5.5.3. パイプ書き込みの実装 5.5.5.4. パイプ読み出しの実装 5.5.5.5. depth属性を使用するバッファーされたパイプの実装 5.5.5.6. io属性を使用したI/Oパイプの実装 5.5.5.7. パイプ呼び出し順序の強制
5.5.6. ホストパイプを介したカーネルとの直接通信 x
5.5.6.1. intel_host_accessibleカーネル引数属性オプション 5.5.6.2. ホストがアクセス可能なパイプカーネル引数にバインドされたcl_memパイプ・オブジェクトと通信するためのAPI関数 5.5.6.3. ホストがアクセス可能なパイプの作成 5.5.6.4. cl_intel_fpga_host_pipe拡張機能の使用例
5.9. 構造体データ型をOpenCLカーネルに引数として含める x
5.9.1. ホストとカーネルにおける構造体データ型のデータレイアウトの一致 5.9.2. データ構造パディング挿入の無効化 5.9.3. 構造体のアライメントの指定
5.10. レジスターの推論 x
5.10.1. シフトレジスターの推論
5.12. 単一ワークアイテム・カーネルに向けた単一サイクル浮動小数点アキュムレーター x
5.12.1. アキュムレーターを推論するためのプログラミング手法
6. ホスト・アプリケーションの設計 x
6.1. ホストのプログラミング要件 6.2. グローバルメモリーの手動分割におけるOpenCLバッファーの割り当て 6.3. カーネル実行中におけるプロファイル・データの収集 6.4. カスタム・プラットフォーム固有の関数へのアクセス 6.5. 構造パラメーター変換に向けたホストプログラムの変更 6.6. ホスト・アプリケーションの管理 6.7. SoCをターゲットとするOpenCL カーネルへの共有メモリーの割り当て 6.8. 徐々に速度低下するOpenCLシステムのデバッグ
6.1. ホストのプログラミング要件 x
6.1.1. ホストマシンのメモリー要件 6.1.2. ホストバイナリーの要件 6.1.3. 複数のホストスレッド 6.1.4. 順不同のコマンドキュー 6.1.5. カーネルを同時に実行するための複数のコマンドキューにおける要件
6.2. グローバルメモリーの手動分割におけるOpenCLバッファーの割り当て x
6.2.1. 同じメモリータイプの複数のインターフェイスでのバッファーの分割 6.2.2. 異なるメモリータイプ (異種メモリー) 間でのバッファーの分割 6.2.3. ホスト・アプリケーションでのパイプ・オブジェクトの作成
6.3. カーネル実行中におけるプロファイル・データの収集 x
6.3.1. エンキューされたカーネルおよび自動実行カーネルのプロファイリング 6.3.2. プロファイル・データの取得 6.3.3. 複数の自動実行プロファイリング呼び出し
6.6. ホスト・アプリケーションの管理 x
6.6.1. Makefileフラグメント例の表示 (example-makefileまたはmakefile) 6.6.2. ホスト・アプリケーションのコンパイルとリンク 6.6.3. OpenCL ICD拡張APIの使用 6.6.4. ホストを経由したFPGAのプログラミング 6.6.5. ランタイム環境の終了とエラー回復
6.6.2. ホスト・アプリケーションのコンパイルとリンク x
6.6.2.1. ホスト・アプリケーションとKhronos ICD Loader Libraryのリンク 6.6.2.2. ホスト・アプリケーションをコンパイルするためのフラグの表示 (compile-config) 6.6.2.3. OpenCLホスト・ランタイム・ライブラリーおよびMMDライブラリーへのパスの表示 (ldflags) 6.6.2.4. OpenCLホスト・ランタイム・ライブラリーおよびMMDライブラリーのリスト表示 (ldlibs) 6.6.2.5. OpenCLホスト・ランタイム・ライブラリーおよびMMDライブラリーに関する情報の表示 (link-config または linkflags)
6.6.4. ホストを経由したFPGAのプログラミング x
6.6.4.1. 複数のFPGAデバイスのプログラミング
7. OpenCL カーネルのコンパイル x
7.1. ハードウェアのコンフィグレーション・ファイルを作成するためのカーネルのコンパイル 7.2. ハードウェアを構築せずに行うカーネルのコンパイル (-c) 7.3. ハードウェアを構築せずに行うカーネルまたはオブジェクト・ファイルのコンパイルおよびリンク (-rtl) 7.4. ヘッダーファイル位置の指定 (-I=<directory>) 7.5. インテル® FPGA SDK for OpenCL™オフライン・コンパイラーの出力ファイル名の指定 (-o <filename>) 7.6. 特定のFPGAボードとカスタム・プラットフォームに対するカーネルのコンパイル (-board=<board_name>) および (-board-package=<board_package_path>) 7.7. カーネルコンパイル時のハードウェア生成フィッティング・エラーの解決 (-high-effort) 7.8. カーネルのFmaxターゲットのスケジュール指定 (-fmax=<fmax target in MHz>) 7.9. カーネル・パラメーターを指定するためのプリプロセッサー・マクロの定義 (-D<macro_name>) 7.10. コンパイル進捗レポートの生成 (-v) 7.11. リソース推定使用率要約の画面表示 (-report) 7.12. インテル® FPGA SDK for OpenCL™オフライン・コンパイラーの警告メッセージの抑制 (-W) 7.13. インテル® FPGA SDK for OpenCL™オフライン・コンパイラーの警告メッセージのエラーメッセージへの変換 (-Werror) 7.14. コンパイラー・レポートのデバッグデータの削除および.aocxファイルのソースコードの削除 (-g0) 7.15. グローバルメモリーのバーストインターリーブの無効化 (-no-interleaving=<global_memory_type>) 7.16. グローバルメモリーのリング型相互接続の強制 (-global-ring) 7.17. グローバルメモリーへの書き込みスループット向上に向けたストアリングの複製 (-duplicate-ring) 7.18. コンスタント・メモリー・キャッシュ・サイズのコンフィグレーション (-const-cache-bytes=<N>) 7.19. 浮動小数点演算処理順序の緩和 (-fp-relaxed) 7.20. 浮動小数点演算における丸め処理の削減 (-fpc) 7.21. OpenCLコンパイルの高速化 (-fast-compile) 7.22. カーネルのインクリメンタル・コンパイル (-incremental) 7.23. メモリーの誤り訂正符号をともなうカーネルのコンパイル (-ecc) 7.24. ハードウェアのカーネル呼び出しキューの無効化 (-no-hardware-kernel-invocation-queue) 7.25. ハンドシェイク・プロトコルの変更 (-hyper-optimized-handshaking)
7.22. カーネルのインクリメンタル・コンパイル (-incremental) x
7.22.1. インクリメンタル・コンパイル・レポート 7.22.2. インクリメンタル・コンパイルのその他のコマンドオプション 7.22.3. インクリメンタル・コンパイル・フィーチャーの制限
8. OpenCLカーネルのエミュレーションとデバッグ x
8.1. 高速エミュレーターの設定 8.2. エミュレーションに向けたチャネル・カーネル・コードの変更 8.3. エミュレーションに向けたカーネルのコンパイル (-march=emulator -fast-emulator) 8.4. OpenCLカーネルのエミュレーション 8.5. LinuxにおけるOpenCLカーネルのデバッグ 8.6. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ Emulatorの制限 8.7. ハードウェアとエミュレーターの結果の不一致 8.8. 高速エミュレーターの環境変数 8.9. 高速エミュレーターでサポートされている拡張機能 8.10. 高速エミュレーターの既知の問題 8.11. レガシー・エミュレーターの使用
8.2. エミュレーションに向けたチャネル・カーネル・コードの変更 x
8.2.1. 値によってチャネルまたはパイプを渡すカーネルのエミュレーション 8.2.2. チャネル深度のエミュレーション
8.11. レガシー・エミュレーターの使用 x
8.11.1. レガシー・エミュレーターでのエミュレーションに向けたカーネルのコンパイル (-march=emulator) 8.11.2. レガシー・エミュレーターでのOpenCLカーネルのエミュレーション 8.11.3. Linuxにおけるレガシー・エミュレーターでのOpenCLカーネルのデバッグ
8.11.1. レガシー・エミュレーターでのエミュレーションに向けたカーネルのコンパイル (-march=emulator) x
8.11.1.1. レガシー・エミュレーターでのチャネル深度のエミュレーション
10. OpenCLカーネルのプロファイリング x
10.1. パフォーマンス・カウンターを使用したカーネル・パイプラインの測定 (-profile) 10.2. インテル® FPGA Dynamic Profiler for OpenCL™ GUIの起動 (report) 10.3. 自動実行カーネルのプロファイリング
11. インテル® Code Builder for OpenCL™ を使用するOpenCL™アプリケーションの開発 x
11.1. Microsoft Visual Studioに向けた インテル® Code Builder for OpenCL™ オフライン・コンパイラー・プラグインのコンフィグレーション 11.2. Eclipseに向けた インテル® Code Builder for OpenCL™ オフライン・コンパイラー・プラグインのコンフィグレーション 11.3. インテル® Code Builder for OpenCL™ でのセッションの作成 11.4. セッションのコンフィグレーション
12. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ のアドバンスト機能 x
12.1. OpenCLライブラリー 12.2. カーネルのメモリーシステムをコンフィグレーションするメモリー属性 12.3. ハードウェア使用量のオーバーヘッド低減に向けたカーネル属性 12.4. num_compute_units(X,Y,Z) 属性を使用したカーネルの複製 12.5. カーネル内に登録される割り当ての組み込み関数
12.1. OpenCLライブラリー x
12.1.1. RTLモジュールとOpenCLパイプラインの理解 12.1.2. OpenCLライブラリーに向けたOpenCLヘルパー関数ファイルのパッケージ化 12.1.3. OpenCLライブラリーに向けたRTLコンポーネントのパッケージ化 12.1.4. RTLモジュールの検証 12.1.5. 複数のオブジェクト・ファイルのライブラリー・ファイルへのパッケージ化 12.1.6. OpenCLカーネルコンパイル時のOpenCLライブラリーの指定 12.1.7. シミュレーションによるOpenCLライブラリーのデバッグ (プレビュー) 12.1.8. シンプルな関数で動作するOpenCLライブラリーの使用 (例1) 12.1.9. 外部メモリーと動作するOpenCLライブラリーの使用 (例2) 12.1.10. OpenCLライブラリーのコマンドライン・オプション
12.1.1. RTLモジュールとOpenCLパイプラインの理解 x
12.1.1.1. インテルFPGA SDK for OpenCLパイプラインのアプローチの概要 12.1.1.2. RTLモジュールのインテル FPGA SDK for OpenCLパイプラインへの統合 12.1.1.3. ストールのないRTL 12.1.1.4. RTLモジュール・インターフェイス 12.1.1.5. Avalon Streaming (Avalon-ST) インターフェイス 12.1.1.6. RTLリセットおよびクロック信号 12.1.1.7. RTLモジュールのXML構文 12.1.1.8. RTLモジュールと外部メモリーの通信 12.1.1.9. RTLモジュールに入るスレッドの順序 12.1.1.10. RTLモジュールのOpenCL Cモデル 12.1.1.11. RTLモジュールとパーシャル・リコンフィグレーションにおける潜在的な非互換性
12.1.1.6. RTLリセットおよびクロック信号 x
12.1.1.6.1. ストールのないRTLモジュールおよびストールをサポートするRTLモジュールの インテル® Stratix® 10デザイン固有のリセット要件
12.1.1.7. RTLモジュールのXML構文 x
12.1.1.7.1. ATTRIBUTESを指定するXML要素 12.1.1.7.2. INTERFACEを指定するXML要素 12.1.1.7.3. リソースを指定するXML要素
12.1.3. OpenCLライブラリーに向けたRTLコンポーネントのパッケージ化 x
12.1.3.1. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ ライブラリー機能に対するRTLサポートの制約と制限
12.1.7. シミュレーションによるOpenCLライブラリーのデバッグ (プレビュー) x
12.1.7.1. シミュレーションに向けたライブラリーのコンパイル (-march=emulator) 12.1.7.2. OpenCL* ライブラリーのシミュレーション 12.1.7.3. シミュレーターの制限
12.2. カーネルのメモリーシステムをコンフィグレーションするメモリー属性 x
12.2.1. 変数固有の属性を使用する際の制約
12.3. ハードウェア使用量のオーバーヘッド低減に向けたカーネル属性 x
12.3.1. カーネル・インターフェイスに向けたハードウェア
12.3.1. カーネル・インターフェイスに向けたハードウェア x
12.3.1.1. カーネルIDを生成し振り分けるハードウェアの省略 12.3.1.2. ホストとカーネル間の通信ハードウェアの省略 12.3.1.3. clEnqueueNDRangeKernel APIのglobal_work_offset引数をサポートするハードウェアの省略
12.4. num_compute_units(X,Y,Z) 属性を使用したカーネルの複製 x
12.4.1. get_compute_id() 関数を使用した複製カーネルのカスタマイズ 12.4.2. カーネルコピーでのチャネル使用
A. OpenCL機能のサポート状況 x
A.1. OpenCL1.0の機能のサポート状況 A.2. OpenCL 1.2の機能のサポート状況 A.3. OpenCL 2.0の機能のサポート状況 A.4. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ の割り当てにおける制限
A.1. OpenCL1.0の機能のサポート状況 x
A.1.1. OpenCL1.0 Cプログラミング言語の実装 A.1.2. OpenCL Cプログラミング言語の制約 A.1.3. 組み込みジオメトリック関数の引数型 A.1.4. 数値コンプライアンスの実装 A.1.5. イメージのアドレス指定とフィルタリングの実装 A.1.6. アトミック関数 A.1.7. 埋め込みプロファイルの実装
A.2. OpenCL 1.2の機能のサポート状況 x
A.2.1. OpenCL 1.2のランタイムの実装 A.2.2. OpenCL 1.2 Cプログラミング言語の実装
A.3. OpenCL 2.0の機能のサポート状況 x
A.3.1. OpenCL 2.0のヘッダー A.3.2. OpenCL 2.0ランタイムの実装 A.3.3. OpenCL 2.0 Cプログラミング言語のパイプにおける制約
1. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ の概要
2. インテル® FPGA SDK for OpenCL™オフライン・コンパイラーのカーネル・コンパイル・フロー
3. ソフトウェア、コンパイラー、カスタム・プラットフォームに関する一般的な情報の取得
4. FPGAボードの管理
5. OpenCLカーネルの構築
6. ホスト・アプリケーションの設計
7. OpenCL カーネルのコンパイル
8. OpenCLカーネルのエミュレーションとデバッグ
9. カーネルのreport.htmlファイルのレビュー
10. OpenCLカーネルのプロファイリング
11. インテル® Code Builder for OpenCL™ を使用するOpenCL™アプリケーションの開発
12. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ のアドバンスト機能
A. OpenCL機能のサポート状況
B. インテル® FPGA SDK for OpenCL™ プロ・エディション・プログラミング・ガイドの改訂履歴

12.4.1. get_compute_id() 関数を使用した複製カーネルのカスタマイズ

それぞれの違いがわずかで、共通するコードを多く持つ複数の計算ユニットを作成するには、num_compute_units (X,Y,Z) 属性を使用しているカーネルでget_compute_id() 組み込み関数を呼び出します。
重要: get_compute_id() 関数は、autorunおよびmax_global_work_dim(0) カーネル属性を使用するカーネルにのみ使用することができます。

計算IDの取得は、カーネルをソースコードに複写し、各カーネルのコピーに特定のコードを追加することに代わる有用な方法です。カーネルがnum_compute_units(X,Y,Z) 属性を使用し、get_compute_id() 関数を呼び出すと、 インテル® FPGA SDK for OpenCL™オフライン・コンパイラーは固有の計算IDを各計算ユニットに割り当てます。その後get_compute_id() 関数は、それらの固有の計算IDを取得します。計算IDを使用することで、関連付けられている計算ユニットの動作を指定し、同じカーネルのソースコードから派生した他の計算ユニットと異なる動作をさせることが可能です。例えば、get_compute_id() の戻り値を使用しチャネルの配列にインデックスを付け、各計算ユニットが読み書きするチャネルを指定することができます。

num_compute_units属性は最大3つの引数を受け取ります (num_compute_units(X,Y,Z))。get_compute_id() 関数とともにこの属性を使用すると、1次元、2次元および3次元のロジック配列の計算ユニットを作成することが可能になります。計算ユニットの1D配列の使用例には、線形パイプラインのカーネル (カーネルのデイジーチェーンとも呼ばれる) があります。計算ユニットの2D配列の使用例は、カーネルのシストリック・アレイです。

図 23. 4x4配列の計算ユニットの概略図次のコード例は、num_compute_units(4,4)を単一ワークアイテム・カーネルで指定しており、これは4x4=16の計算ユニットで構成される4x4配列になります。 
__attribute__((max_global_work_dim(0)))
__attribute__((autorun))
__attribute__((num_compute_units(4,4)))
__kernel void PE() {

   row = get_compute_id(0);
   col = get_compute_id(1);

   …
}

3D配列の計算ユニットにおいては、論理計算ユニット配列の計算ユニットのX、Y、Z座標を、get_compute_id(0)、get_compute_id(1)、get_compute_id(2)をそれぞれ使用することで取得できます。この場合のAPIは、ワークアイテムの組み込み関数API (get_global_id()、get_local_id()、get_group_id()) と非常に類似しています。

グローバルID、ローカルID、およびグループIDは、ホストがカーネルを呼び出す方法によってランタイムで変化します。ただし、計算IDはコンパイル時に認識されるため、オフライン・コンパイラーは各計算ユニットに最適化されたハードウェアを生成できます。

レベル 2 の表題