std::gpu - GPU計算 (Apple Metal)

Cm標準ライブラリのGPU計算モジュール。Apple Metal Frameworkを使用したGPGPU演算を提供します。

対応バックエンド: Native (LLVM) のみ。macOS (Apple Silicon M1以上) 専用。

最終更新: 2026-02-08

概要

std::gpu はMetal Compute Shaderを使ってGPU上で大量のデータを並列処理するためのAPIです。

1. デバイス を作成
2. バッファ にデータを転送
3. カーネル (Metal Shading Language) をコンパイル
4. dispatch で実行
5. 結果 をバッファから読み出し

基本的な使い方

ベクトル加算の例

import std::gpu::device_create;
import std::gpu::device_name;
import std::gpu::device_destroy;
import std::gpu::buffer_create_ints;
import std::gpu::buffer_write_ints;
import std::gpu::buffer_read_ints;
import std::gpu::buffer_destroy;
import std::gpu::kernel_create;
import std::gpu::kernel_destroy;
import std::gpu::dispatch;
import std::io::println;

int main() {
    // 1. GPUデバイス取得
    long dev = device_create();
    println("GPU: {device_name(dev)}");

    // 2. データ準備
    int N = 4;
    int a[4] = {1, 2, 3, 4};
    int b[4] = {10, 20, 30, 40};
    int c[4];

    // 3. GPUバッファ作成 & データ転送
    long buf_a = buffer_create_ints(dev, N as long);
    long buf_b = buffer_create_ints(dev, N as long);
    long buf_out = buffer_create_ints(dev, N as long);
    buffer_write_ints(buf_a, a as int*, N as long);
    buffer_write_ints(buf_b, b as int*, N as long);

    // 4. Metalカーネル定義 & コンパイル
    string kernel_src = "#include <metal_stdlib>\n"
        "using namespace metal;\n"
        "kernel void add(device const int* a [[buffer(0)]],\n"
        "                device const int* b [[buffer(1)]],\n"
        "                device int* out     [[buffer(2)]],\n"
        "                uint id [[thread_position_in_grid]]) {\n"
        "    out[id] = a[id] + b[id];\n"
        "}\n";
    long kernel = kernel_create(dev, kernel_src, "add");

    // 5. GPU上で実行
    dispatch(kernel, buf_a, buf_b, buf_out, N as long);

    // 6. 結果読み出し
    buffer_read_ints(buf_out, c as int*, N as long);
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        println("c[{i}] = {c[i]}");  // 11, 22, 33, 44
    }

    // 7. リソース解放
    kernel_destroy(kernel);
    buffer_destroy(buf_a);
    buffer_destroy(buf_b);
    buffer_destroy(buf_out);
    device_destroy(dev);
    return 0;
}

API一覧

デバイス管理

バッファ管理

カーネル管理

実行 (dispatch)

Float変換ヘルパー

Metal Shading Languageの基本

カーネルはMetal Shading Language (MSL) で記述します。

#include <metal_stdlib>
using namespace metal;

// buffer(0), buffer(1), ... はdispatchに渡したバッファ順
kernel void my_kernel(
    device const int* input [[buffer(0)]],
    device int* output      [[buffer(1)]],
    uint id [[thread_position_in_grid]]
) {
    output[id] = input[id] * 2;
}

注意事項

• Apple Silicon (M1以上) のmacOSでのみ動作します
• float へのアクセスには float_to_bits / bits_to_float 変換が必要です
• カーネルソースは実行時にコンパイルされます

最終更新: 2026-02-08