ComputeSharp，在GPU上运行C＃

ComputeSharp是一个.NET Standard 2.1库，可通过DX12和动态生成的HLSL计算着色器在GPU上并行运行C＃代码。可用的API使您可以分配GPU缓冲区并将计算着色器编写为简单的lambda表达式或本地方法，所有捕获的变量都将自动处理并传递给正在运行的着色器。

ComputeSharp公开了一个Gpu类，该类充当所有公共API的入口点。它公开了Gpu.Default属性，该属性使您可以访问当前计算机上的主GPU设备，该属性可用于分配缓冲区和执行操作。

下面的示例演示如何分配可写缓冲区，使用计算着色器填充该缓冲区以及将其读回。

//定义一个简单的着色器public readonly struct MyShader：IComputeShader {public readonly ReadWriteBuffer＆lt;浮动＆gt;缓冲; public MyShader（ReadWriteBuffer＆lt; float＆gt;缓冲区）{this。缓冲=缓冲; } public void Execute（ThreadIds ids）{buffer [ids。 X] = ID。 X; }} //在GPU上分配可写缓冲区，并使用ReadWriteBuffer＆lt;浮动＆gt;缓冲区= Gpu。默认。 AllocateReadWriteBuffer＆lt;浮动＆gt;（1000）; //运行着色器Gpu。默认。 For（1000，新的MyShader（缓冲区））; //将数据取回float [] array = buffer。 GetData（）;

如果C＃中的着色器正在捕获某些局部变量，则这些局部变量将被自动复制到GPU，这样HLSL着色器将能够像您期望的那样访问它们。此外，ComputeSharp还可以解析着色器中使用的静态字段。捕获的变量需要转换为有效的HLSL类型：标量类型（int，uint，float等）或已知的HLSL结构（例如Vector3）。这是库当前支持的变量类型的列表：

✅HLSL类型：Bool，Bool2，Bool3，Bool4，Float2，Float3，Float4，Int2，Int3，Int4，UInt2，Uint3等

带有有效HLSL签名的Func＆T或委托，目标方法为静态

有许多用于GraphicsDevice类的扩展API，可用于分配三种类型的GPU缓冲区：ConstantBuffer＆lt; T＆gt; ReadOnlyBuffer＆lt; T＆gt;。和ReadWriteBuffer＆lt; T＆gt;。前者压缩为16个字节，并提供对缓冲区元素的尽可能最快的访问，但是它的最大大小有限（约64KB），并且如果每个元素的大小都不是其倍数，则在往返之间复制数据时需要额外的开销。 16.其他缓冲区类型紧密包装，适用于所有类型的操作，可以认为C＃中T []数组的HLSL等效项。如果您不确定要使用哪种缓冲区类型，请使用ReadOnlyBuffer＆lt; T＆gt;。或ReadWriteBuffer＆lt; T＆gt ;，这取决于您是否还需要对GPU端的该缓冲区进行写访问。

注意：尽管分配缓冲区的API只是带有T：非托管约束的通用方法，但它们仅应与完全映射到HLSL类型的C＃类型一起使用。这意味着int，uint，float，double，.NET矢量类型或HLSL类型。由于C＃/ HLSL的差异，不应在缓冲区中使用bool类型：请改用Bool类型。

ComputeSharp使您可以在1到3维的线程组上分派计算着色器，包括对常量和只读缓冲区的支持等等。此外，大多数HLSL内在函数可通过Hlsl类获得。这是展示所有这些功能的更高级的示例。

//使用一些实用程序静态函数定义一个类public static class Activations {public static float Sigmoid（float x）=＆gt; 1 /（1 + Hlsl。Exp（-x））;} //定义着色器公共只读结构ActivationShader：IComputeShader {private readonly int width;公共只读ReadOnlyBuffer＆lt;浮动＆gt; X;公共只读ReadWriteBuffer＆lt;浮动＆gt; y; public ActivationShader（int width，ReadOnlyBuffer＆lt; float＆gt; x，ReadWriteBuffer＆lt; float＆gt; y）{this。宽度=宽度;这。 x = x;这。 y = y; } public void Execute（ThreadIds ids）{int offset = ids。 X + ID。 Y *宽度；浮标= Hlsl。 Pow（x [offset]，2）; y [offset] =激活。乙状结肠（战俘）; }} int height = 10，width = 10; float [] x =新的float [高*宽]； //求和为y的数组float [] y = new float [height * width]; //使用ReadOnlyBuffer＆lt;的结果数组（假设两者都有一些值）；浮动＆gt; xBuffer = Gpu。默认。 AllocateReadOnlyBuffer（x）;使用ReadWriteBuffer＆lt;浮动＆gt; yBuffer = Gpu。默认。 AllocateReadWriteBuffer（y）; //运行着色器Gpu。默认。 For（width，height，new ActivationShader（width，xBuffer，yBuffer））; //取回数据并将其写入y数组yBuffer。 GetData（y）;

ComputeSharp库需要.NET Standard 2.1支持，并且可用于面向以下应用程序：

此外，您需要具有.NET Core 3.1和C＃8.0支持的IDE才能在PC上编译库和示例。

ComputeSharp库基于Amin Delavar的DX12GameEngine存储库中的某些代码。此外，ComputeSharp使用以下存储库中的NuGet软件包（不包括来自Microsoft的软件包）：