使用GPU.js改善JavaScript性能

2020-12-17

https://gpu.rocks

你是否曾经尝试过运行复杂的计算，却发现它需要花费很长时间，并且拖慢了你的进程？

有很多方法可以解决这个问题，例如使用web worker或后台线程。GPU减轻了CPU的处理负荷，给了CPU更多的空间来处理其他进程。同时，web worker仍然运行在CPU上，但是运行在不同的线程上。

在该初学者指南中，我们将演示如何使用GPU.js执行复杂的数学计算并提高JAVAScript应用的性能。

什么是GPU.js？

GPU.js是一个针对Web和Node.js构建的 JavaScript加速库，用于在图形处理单元（GPGPU）上进行通用编程，它使你可以将复杂且耗时的计算移交给GPU而不是CPU，以实现更快的计算和操作。还有一个备用选项：在系统上没有GPU的情况下，这些功能仍将在常规JavaScript引擎上运行。

当你要执行复杂的计算时，实质上是将这种负担转移给系统的GPU而不是CPU，从而增加了处理速度和时间。

高性能计算是使用GPU.js的主要优势之一。如果你想在浏览器中进行并行计算，而不了解WebGL，那么GPU.js是一个适合你的库。

为什么要使用GPU.js

为什么要使用GPU执行复杂的计算的原因不胜枚举，有太多的原因无法在一篇文章中探讨。以下是使用GPU的一些最值得注意的好处。

GPU可用于执行大规模并行GPGPU计算。这是需要异步完成的计算类型
当系统中没有GPU时，它会优雅地退回到JavaScript
GPU当前在浏览器和Node.js上运行，非常适合通过大量计算来加速网站
GPU.js是在考虑JavaScript的情况下构建的，因此这些功能均使用合法的JavaScript语法

如果你认为你的处理器可以胜任，你不需要GPU.js，看看下面这个GPU和CPU运行计算的结果。

如你所见，GPU比CPU快22.97倍。

GPU.js的工作方式

考虑到这种速度水平，JavaScript生态系统仿佛得到了一个可以乘坐的火箭。GPU可以帮助网站更快地加载，特别是必须在首页上执行复杂计算的网站。你不再需要担心使用后台线程和加载器，因为GPU运行计算的速度是普通CPU的22.97倍。

gpu.createKernel 方法创建了一个从JavaScript函数移植过来的GPU加速内核。

与GPU并行运行内核函数会导致更快的计算速度——快1-15倍，这取决于你的硬件。

GPU.js入门

为了展示如何使用GPU.js更快地计算复杂的计算，让我们快速启动一个实际的演示。

安装

sudo apt install mesa-common-dev libxi-dev  // using linux

npm

npm install gpu.js --save
// OR
yarn add gpu.js

在你的Node项目中要导入GPU.js。

import { GPU } from ('gpu.js')

// OR
const { GPU } = require('gpu.js')

const gpu = new GPU();

乘法演示

在下面的示例中，计算是在GPU上并行完成的。

首先，生成大量数据。

const getArrayValues = () => {

  // 在此处创建2D arrary
  const values = [[], []]

  // 将值插入第一个数组
  for (let y = 0; y < 600; y++){
    values[0].push([])
    values[1].push([])

    // 将值插入第二个数组
    for (let x = 0; x < 600; x++){
      values[0][y].push(Math.random())
      values[1][y].push(Math.random())
    }
  }

  // 返回填充数组
  return values
}

创建内核（运行在GPU上的函数的另一个词）。

const gpu = new GPU();

// 使用 `createKernel()` 方法将数组相乘
const multiplyLargeValues = gpu.createKernel(function(a, b) {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < 600; i++) {
    sum += a[this.thread.y][i] * b[i][this.thread.x];
  }
  return sum;
}).setOutput([600, 600])

使用矩阵作为参数调用内核。

const largeArray = getArrayValues()
const out = multiplyLargeValues(largeArray[0], largeArray[1])

输出

console.log(out[y][x]) // 将元素记录在数组的第x行和第y列
console.log(out[10][12]) // 记录输出数组第10行和第12列的元素

运行GPU基准测试

你可以按照GitHub上指定的步骤运行基准测试。

npm install @gpujs/benchmark

const benchmark = require('@gpujs/benchmark')

const benchmarks = benchmark.benchmark(options);

options 对象包含可以传递给基准的各种配置。

前往GPU.js官方网站查看完整的计算基准，这将帮助你了解使用GPU.js进行复杂计算可以获得多少速度。

结束

在本教程中，我们详细探讨了GPU.js，分析了它的工作原理，并演示了如何进行并行计算。我们还演示了如何在你的Node.js应用中设置GPU.js。

原文：https://blog.zhangbing.site/2020/11/30/improving-javascript-performance-with-gpu-js/

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