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


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](http://qiita.com/yuky_az/items/ece9b64befc635e89f1a)
[[iOS] MetalでGPUコンピューティング (2) 群知能](http://qiita.com/yuky_az/items/ce5920f28c08e743418b#_reference-cc4434da198d861bba61)
[[iOS] MetalでGPUコンピューティング (3) MTLDevice](http://qiita.com/yuky_az/items/1992daff208223468e70)
[[iOS] MetalでGPUコンピューティング (4) MTKView](http://qiita.com/yuky_az/items/a2556edcfa417b7d912c)
[[iOS] MetalでGPUコンピューティング (5) MTLLibrary](http://qiita.com/yuky_az/items/fd777dfde0bdef85861e)
[[iOS] MetalでGPUコンピューティング (6) MTLCommandQueue](http://qiita.com/yuky_az/items/e40b8a36035a409d08db)
[[iOS] MetalでGPUコンピューティング (7) MTLCommandBuffer](http://qiita.com/yuky_az/items/b557850ae9dc317f1570)
[[iOS] MetalでGPUコンピューティング (8) MTLComputeCommandEncoder](http://qiita.com/yuky_az/items/4c4e384b1f7a399a2320)
 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](https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%95%E3%82%B2%E3%83%BC%E3%83%A0)のアプリ、MetalGameOfLifeです。
 [MetalGameOfLife](https://developer.apple.com/library/content/samplecode/MetalGameOfLife/Introduction/Intro.html)

![IMG_5933.PNG](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/35297/fa9b4e62-91a6-83fb-c60c-3666fc44fdf1.png "IMG_5933.PNG")
（実行画面）

今回は、サンプルコード内の[MTLComputePipelineState](https://developer.apple.com/reference/metal/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。

```Objective-C: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。

```Objective-C: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。