使用OpenACC加速Fortran程序时如何创建仅在GPU上使用的数组？

OpenACC 2.5及更高版本已支持仅在设备端分配数组、无需占用主机内存的功能，有两种常用实现方式：

方案1：使用device_resident声明设备驻留数组 #

直接在数组声明时添加!$acc declare device_resident修饰符，标记该数组仅存在于设备端，全程不需要在主机端执行分配/释放操作，也不能在主机端读写该数组。
修改后的示例代码如下：

program test
    implicit none
    integer, parameter :: n = 1000
    real :: total
    real, allocatable :: array(:)
    real, allocatable :: array_d(:)
    ! 标记array_d为仅设备驻留数组
    !$acc declare device_resident(array_d)

    allocate(array(n))
    ! 无需在主机端分配array_d内存

    array(:) = 1e0

    !$acc data copy(array) copyout(total)
    ! 无需再重复create(array_d)

    !$acc kernels
    array_d(:) = array(:)
    !$acc end kernels

    !$acc kernels
    total = sum(array_d)
    !$acc end kernels

    !$acc end data

    print *, sum(array)
    print *, total

    deallocate(array)
    ! 无需在主机端释放array_d，如需手动释放可执行 !$acc exit data delete(array_d)
end program

该方案适合设备数组需要在程序全生命周期使用的场景。

方案2：手动管理设备数组生命周期 #

如果设备数组仅在部分代码段使用，可以不添加device_resident声明，直接通过!$acc enter data create语句指定长度创建设备数组，使用结束后用!$acc exit data delete释放设备内存，全程同样不需要在主机端分配数组。
示例代码如下：

program test
    implicit none
    integer, parameter :: n = 1000
    real :: total
    real, allocatable :: array(:)
    real, allocatable :: array_d(:)

    allocate(array(n))
    ! 无需在主机端分配array_d内存

    array(:) = 1e0

    ! 手动创建设备端array_d，指定数组长度
    !$acc enter data create(array_d(n))
    !$acc data copy(array) copyout(total)

    !$acc kernels
    array_d(:) = array(:)
    !$acc end kernels

    !$acc kernels
    total = sum(array_d)
    !$acc end kernels

    !$acc end data
    ! 手动释放设备端array_d占用的内存
    !$acc exit data delete(array_d)

    print *, sum(array)
    print *, total

    deallocate(array)
end program

该方案可以更灵活地控制设备内存的占用，适合大数组临时使用的场景。

注意事项 #

• 以上功能需要编译器支持至少OpenACC 2.5标准，目前NVIDIA HPC SDK、GCC 10及以上版本均已兼容。
• 仅设备分配的数组严禁在主机端直接读写，否则会触发内存访问错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Neraste