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[iOS]MetalでGPUコンピューティング(9) MTLComputePipelineState

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この記事は、Metal Advent Calendar2016の13日目です。

これまで、MetalのGPUコンピューティングについて解説記事を書いてきました。
[iOS] MetalでGPUコンピューティング (1) 最小限のコードの記述と特性の把握
[iOS] MetalでGPUコンピューティング (2) 群知能
[iOS] MetalでGPUコンピューティング (3) MTLDevice
[iOS] MetalでGPUコンピューティング (4) MTKView
[iOS] MetalでGPUコンピューティング (5) MTLLibrary
[iOS] MetalでGPUコンピューティング (6) MTLCommandQueue
[iOS] MetalでGPUコンピューティング (7) MTLCommandBuffer
[iOS] MetalでGPUコンピューティング (8) MTLComputeCommandEncoder

本記事では、前回に引き続きAppleが提供するサンプルコードの解説を行います。

扱うサンプルコードは、前回と同じライフゲームのアプリ、MetalGameOfLifeです。
MetalGameOfLife

IMG_5933.PNG
(実行画面)

今回は、サンプルコード内のMTLComputePipelineStateについて解説を行います。
MTLComputePipelineStateはMTLFunction内のコンピューティング用の関数をコンパイルするのに用いられます。
MTLComputePipelineStateはクラスではなくプロトコルで、MTLDeviceのオブジェクトにより生成されます。
MTLComputePipelineStateのオブジェクトの生成はコストが高いので、アプリ起動時に一度生成すれば十分です。

繰り返しになるのですが、このサンプルコードは、主に以下のファイルで構成されています。

AAPLRender.h
AAPLRender.m
AAPLViewController.h
AAPLViewController.m
Sharder.metal

このうち、AAPLRender.mには並列コンピューティング及び描画のCPU側のロジックが、Shader.metalには頂点シェーダー、フラグメントシェーダー、GPUコンピューティング用のシェーダーが書かれています。

ここからは、サンプルコード内におけるMTLComputePipelineStateの使用箇所を解説していきます。
AAPLRender.mに以下の記述があります。

AAPLRender.m
@property (nonatomic, strong) id<MTLComputePipelineState> simulationPipelineState;
@property (nonatomic, strong) id<MTLComputePipelineState> activationPipelineState;
...
   MTLComputePipelineDescriptor *descriptor = [MTLComputePipelineDescriptor new];
    descriptor.computeFunction = [_library newFunctionWithName:@"game_of_life"];
    descriptor.label = @"Game of Life";
    _simulationPipelineState = [_device newComputePipelineStateWithDescriptor:descriptor
                                                                      options:MTLPipelineOptionNone
                                                                   reflection:nil
                                                                        error:&error];
...
    descriptor.computeFunction = [_library newFunctionWithName:@"activate_random_neighbors"];
    descriptor.label = @"Activate Random Neighbors";
    _activationPipelineState = [_device newComputePipelineStateWithDescriptor:descriptor
                                                                      options:MTLPipelineOptionNone
                                                                   reflection:nil
                                                                        error:&error];                                                                     

MTLComputePipelineStateのオブジェクトの生成時には、MTLComputePipelineDescriptorを介してコンピューティング用の関数を指定します。@"game_of_life"と@"activate_random_neighbors"が関数名です。このサンプルコードでは、毎フレームごとに実行される関数と、画面タップ時に実行される関数があり、それぞれ異なるMTLComputePipelineStateオブジェクトでエンコードされます。

それぞれのMTLComputePipelineStateオブジェクトは、以下の箇所でコマンドエンコーダーに設定されます。

AAPLRender.m
[commandEncoder setComputePipelineState:self.simulationPipelineState];
...
[commandEncoder setComputePipelineState:self.activationPipelineState];

このように、MTLComputePipelineStateはコンピューティング用の関数をエンコードし格納する役割を担っています。

今回はライフゲームのサンプルコード内におけるMTLComputePipelineStateの解説を行いました。
次回以降、さらに他の箇所についての解説を行なっていきます。

yuky_az
「ヒトとAIの共生」がミッションの会社、SAI-Lab株式会社の代表取締役。 東北大学大学院理学研究科修了。理学博士(物理学)。 著書に「はじめてのディープラーニング」、「No.1スクール講師陣による 世界一受けたいiPhoneアプリ開発の授業」。オンライン教育プラットフォームUdemyで、2万人近くを指導する人気講師。
https://sai-lab.co.jp
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