Estêncil e janelas deslizantes

Um estêncil calcula cada saída a partir de uma vizinhança fixa de entradas, como calcular a média de um pixel com as células ao redor.

À medida que você percorre o vetor, a janela de entrada desliza uma posição. As saídas consecutivas compartilham a maior parte das entradas, portanto a reutilização é enorme.

Como os vizinhos se sobrepõem, um bloco carregado uma vez alimenta muitas saídas. Estênceis são um exemplo clássico em que o processamento por blocos se destaca.

Para calcular as extremidades de um bloco, você também precisa de alguns elementos logo fora dele. Essas células extras das bordas são chamadas de borda adicional.

A primeira thread de um bloco precisa do vizinho à esquerda, que pertence ao bloco anterior. Sem as células da borda adicional, essa leitura dará errado.

Para um estêncil de raio r, carregue r células extras de cada lado. Um desfoque de 3 pontos tem raio 1, portanto uma célula de borda adicional por lado é suficiente.

Declare a memória compartilhada como blockDim mais 2 * radius, para que ela contenha a parte interna e as duas bordas adicionais em um único buffer organizado.

Cada thread primeiro carrega seu próprio elemento no bloco, com um deslocamento de radius, deixando espaço para a borda adicional esquerda à frente.

As primeiras threads realizam uma tarefa dupla, buscando também as células das bordas adicionais esquerda e direita antes que o bloco seja sincronizado.

Depois de __syncthreads, cada thread lê seus vizinhos inteiramente do bloco, sem tocar novamente na memória global durante essa etapa.

Agora, cada valor interno atende a 2r + 1 saídas a partir de um único carregamento da memória compartilhada. Esse é exatamente o tráfego redundante que o processamento por blocos elimina.

Estênceis percorrem janelas sobrepostas, portanto uma borda adicional de r células extras por lado permite que um bloco atenda a cada saída com um único carregamento. ✅