什么是 GPU - TypeScript

简介

GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）是一种专门用于计算和渲染图形的处理器，与 CPU（Central Processing Unit，中央处理器）相比，GPU 擅长并行计算和数据处理，可加速许多计算密集型任务，例如游戏渲染、机器学习、数据分析等。在 TypeScript 中使用 GPU 的方式，通常是通过调用现有 GPU 加速库或使用 WebGL（Web Graphics Library，网络图形库）等等底层图形 API。

GPU 加速库

现在有许多针对机器学习、数据科学、图像处理等领域优化的 GPU 加速库可供使用，例如 TensorFlow.js、OpenCV.js 等。这些库通常提供了各种先进的算法和数据结构，以利用 GPU 的并行计算能力，从而加速计算过程的速度。

以下是使用 TensorFlow.js 库的示例代码：

import * as tf from '@tensorflow/tfjs';

// Create a tensor with random values
const x = tf.randomNormal([100, 100]);

// Add scalar to tensor using GPU acceleration
const y = tf.scalar(1.5).add(x).square();

// Print the result
y.print();

在这个例子中，我们使用 TensorFlow.js 库创建了一个 100x100 的张量，并使用 GPU 计算将它加上一个标量值 1.5，然后再对结果进行平方计算。这个计算过程可以显著加速，因为所有的操作都是在 GPU 上并行计算的。

WebGL

除了使用 GPU 加速库外，我们还可以直接使用底层图形 API（例如 WebGL）来编写自定义的 GPU 加速代码。WebGL 是一种基于 OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）的 JavaScript 库，可以在浏览器中利用 GPU 加速渲染 2D 和 3D 图形。

以下是一个基于 TypeScript + WebGL 的简单示例：

// Create a WebGL context
const canvas = document.querySelector('canvas')!;
const gl = canvas.getContext('webgl')!;

// Initialize vertex and fragment shaders
const vertexShaderSource = `
    attribute vec2 position;
    void main() {
        gl_Position = vec4(position, 0.0, 1.0);
    }
`;

const fragmentShaderSource = `
    precision mediump float;
    uniform vec4 color;
    void main() {
        gl_FragColor = color;
    }
`;

const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER)!;
gl.shaderSource(vertexShader, vertexShaderSource);
gl.compileShader(vertexShader);

const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER)!;
gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentShaderSource);
gl.compileShader(fragmentShader);

// Create and link the shader program
const program = gl.createProgram()!;
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);
gl.linkProgram(program);

// Use the shader program and draw a triangle
gl.useProgram(program);
const positionAttribute = gl.getAttribLocation(program, 'position')!;
const colorUniform = gl.getUniformLocation(program, 'color')!;
gl.uniform4f(colorUniform, 1, 0, 0, 1);

const buffer = gl.createBuffer()!;
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array([
  -0.5, -0.5,
  0.5, -0.5,
  0.0, 0.5,
]), gl.STATIC_DRAW);

gl.enableVertexAttribArray(positionAttribute);
gl.vertexAttribPointer(positionAttribute, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);

gl.clearColor(0, 0, 0, 1);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

在上面的代码中，我们使用 WebGL 在画布上绘制了一个红色的三角形。这段代码包括了顶点着色器和片段着色器的定义、着色器程序的链接，以及 buffer、attribute、uniform 等操作，这些操作都是在 GPU 上进行的，从而实现了高性能的渲染。

总结

现在，GPU 加速已成为许多应用程序和任务的标准实现方式之一。在 TypeScript 中使用 GPU 加速，我们可以利用许多优秀的库和 API，以最小的成本获得最大的性能优化。但是，要想真正地实现高性能，我们还需要深入了解 GPU 加速的原理和底层实现机制。