作为 WebGL 开发者，您可能会对开始使用 WebGPU 感到既紧张又兴奋。WebGPU 是 WebGL 的后继者，可将现代图形 API 的进步带到 Web 上。
值得庆幸的是，WebGL 和 WebGPU 共享许多核心概念。这两个 API 都允许您在 GPU 上运行名为着色器的小程序。WebGL 支持顶点着色器和片段着色器，而 WebGPU 还支持计算着色器。WebGL 使用 OpenGL 着色语言 (GLSL)，而 WebGPU 使用 WebGPU 着色语言 (WGSL)。虽然这两种语言不同，但底层概念基本相同。
有鉴于此，本文重点介绍了 WebGL 和 WebGPU 之间的一些区别，以帮助您上手使用。
全局状态
WebGL 具有许多全局状态。某些设置适用于所有渲染操作，例如绑定哪些纹理和缓冲区。您可以通过调用各种 API 函数来设置此全局状态，该状态在您更改之前会一直有效。WebGL 中的全局状态是主要的错误来源，因为很容易忘记更改全局设置。此外，全局状态会导致代码共享变得困难，因为开发者需要小心，避免以影响代码其他部分的方式意外更改全局状态。
WebGPU 是一种无状态 API，不保持全局状态。相反，它使用“管道”的概念来封装在 WebGL 中属于全局性的所有渲染状态。管道包含要使用的混合、拓扑和属性等信息。流水线不可变。如果要更改某些设置，您需要再创建一个流水线。WebGPU 还使用命令编码器来批量处理命令，并按命令的记录顺序执行这些命令。例如，这在阴影映射中非常有用，在对对象进行单次传递时，应用可以记录多个命令流，每个光源的阴影映射对应一个命令流。
总而言之，由于 WebGL 的全局状态模型使得创建强大的可组合库和应用变得困难而脆弱，因此 WebGPU 显著减少了开发者在向 GPU 发送命令时需要跟踪的状态数量。
不再同步
在 GPU 上，同步发送命令并等待它们通常效率不高，因为这可能会刷新流水线并导致气泡。这在 WebGPU 和 WebGL 中尤为如此，它们使用多进程架构，GPU 驱动程序在与 JavaScript 分开的进程中运行。
例如，在 WebGL 中，调用 gl.getError() 需要从 JavaScript 进程到 GPU 进程再到执行同步的 IPC。这可能会导致两个进程通信时 CPU 端出现气泡。
为避免出现这些气泡，WebGPU 采用了完全异步的设计。错误模型和所有其他操作都是异步发生的。例如，当您创建纹理时，该操作似乎会立即成功，即使纹理实际上存在错误也是如此。您只能异步发现该错误。这种设计可确保跨进程通信不会出现气泡，并为应用提供可靠的性能。
计算着色器
计算着色器是在 GPU 上运行的程序，用于执行通用计算。它们仅适用于 WebGPU，而不适用于 WebGL。
与顶点和片段着色器不同，它们不限于图形处理，并且可用于各种任务，如机器学习、物理模拟和科学计算。计算着色器由数百甚至数千个线程并行执行，因此非常高效地处理大型数据集。如需详细了解 GPU 计算，请参阅这篇有关 WebGPU 的详细文章。
视频帧处理
使用 JavaScript 和 WebAssembly 处理视频帧有一些缺点：从 GPU 内存复制到 CPU 内存的开销，以及工作器和 CPU 线程可实现的并行性有限。WebGPU 没有这些限制，并且与 WebCodecs API 紧密集成，因此非常适合处理视频帧。
以下代码段展示了如何将 VideoFrame 作为外部纹理导入 WebGPU 并对其进行处理。您可以试用此演示版。
// Init WebGPU device and pipeline...
// Configure canvas context...
// Feed camera stream to video...
(function render() {
const videoFrame = new VideoFrame(video);
applyFilter(videoFrame);
requestAnimationFrame(render);
})();
function applyFilter(videoFrame) {
const texture = device.importExternalTexture({ source: videoFrame });
const bindgroup = device.createBindGroup({
layout: pipeline.getBindGroupLayout(0),
entries: [{ binding: 0, resource: texture }],
});
// Finally, submit commands to GPU
}
默认的应用可移植性
WebGPU 会强制您请求 limits。默认情况下，requestDevice() 会返回一个可能与实体设备的硬件功能不匹配的 GPUDevice，而是一个合理且适用于所有 GPU 的最小公分母。通过要求开发者请求设备限制，WebGPU 可确保应用能够在尽可能多的设备上运行。
画布处理
在您创建 WebGL 上下文并提供 alpha、抗锯齿、 colorSpace、深度、preserveDrawingBuffer 或 stencil 等上下文属性后，WebGL 会自动管理画布。
另一方面，WebGPU 要求您自行管理画布。例如，如需在 WebGPU 中实现抗锯齿，您需要创建多采样纹理并渲染到该纹理。然后，您将多采样纹理解析为常规纹理，并将该纹理绘制到画布。通过这种手动管理，您可以从单个 GPUDevice 对象输出到任意数量的画布。相比之下，WebGL 只能为每个画布创建一个上下文。
查看 WebGPU 多个画布演示。
另外请注意，浏览器目前对每个网页的 WebGL 画布数量有限制。在撰写本文时，Chrome 和 Safari 最多只能同时使用 16 个 WebGL 画布；Firefox 最多可以创建 200 个 WebGL 画布。另一方面，每个网页的 WebGPU 画布数量没有限制。
实用的错误消息
WebGPU 会为从 API 返回的每条消息提供调用堆栈。这意味着，您可以快速查看代码中发生错误的位置，这对调试和修复错误非常有帮助。
除了提供调用堆栈之外，WebGPU 错误消息也易于理解且具有实用价值。错误消息通常包含错误说明和错误修正建议。
WebGPU 还允许您为每个 WebGPU 对象提供自定义 label。然后，浏览器会在 GPUError 消息、控制台警告和浏览器开发者工具中使用此标签。
从名称到索引
在 WebGL 中，许多内容都是通过名称关联的。例如，您可以在 GLSL 中声明一个名为 myUniform 的 uniform 变量，并使用 gl.getUniformLocation(program, 'myUniform') 获取其位置。这样，如果您输错了统一变量的名称，就会收到错误消息。
另一方面，在 WebGPU 中，所有内容都是通过字节偏移量或索引（通常称为位置）完全关联的。您有责任确保 WGSL 和 JavaScript 中的代码位置保持同步。
mipmap 生成
在 WebGL 中，您可以创建纹理的第 0 级 MIP，然后调用 gl.generateMipmap()。WebGL 随后会为您生成所有其他 mip 级别。
在 WebGPU 中，您必须自行生成 MIP 贴图。我们没有内置函数可执行此操作。如需详细了解此决定，请参阅规范讨论。您可以使用 webgpu-utils 等方便的库生成 mipmap 或了解如何自行生成。
存储缓冲区和存储纹理
WebGL 和 WebGPU 都支持 uniform 缓冲区，可让您将大小受限的常量参数传递给着色器。存储缓冲区与统一缓冲区非常相似，仅由 WebGPU 支持，而且比统一缓冲区更强大、更灵活。
传递给着色器的存储缓冲区数据可能比统一缓冲区大得多。虽然规范规定均匀缓冲区绑定的大小不得超过 64KB（请参阅
maxUniformBufferBindingSize），但在 WebGPU 中，存储缓冲区绑定的大小上限至少为 128MB（请参阅maxStorageBufferBindingSize）。存储缓冲区是可写的，支持一些原子操作，而统一缓冲区只是只读的。这样就可以实现新的算法类。
存储缓冲区绑定支持运行时大小的数组，可实现更灵活的算法，而 uniform 缓冲区数组大小必须在着色器中提供。
只有 WebGPU 支持存储纹理，它们与纹理的关系就像存储缓冲区与统一缓冲区的关系。它们比常规纹理更灵活，支持随机访问写入（以及未来读取）。
缓冲区和纹理更改
例如，在 WebGL 中，您可以创建缓冲区或纹理，然后随时使用 gl.bufferData() 和 gl.texImage2D() 分别更改其大小。
在 WebGPU 中，缓冲区和纹理是不可变的。也就是说，您无法在创建后更改其大小、用途或格式。您只能更改其内容。
聊天室命名惯例差异
在 WebGL 中，Z 剪裁空间范围为 -1 到 1。在 WebGPU 中，Z 裁剪空间的范围为 0 到 1。也就是说，z 值为 0 的对象距离相机最近，而 z 值为 1 的对象距离相机最远。
WebGL 使用 OpenGL 惯例，其中 Y 轴朝上，Z 轴朝向观看者。WebGPU 使用 Metal 惯例，其中 Y 轴在屏幕之外，Z 轴在屏幕范围外。请注意，在帧缓冲区坐标、视口坐标和片段/像素坐标中，Y 轴方向为向下。在剪辑空间中，Y 轴方向仍然与 WebGL 中的方向相同。
致谢
感谢 Corentin Wallez、Gregg Tavares、Stephen White、Ken Russell 和 Rachel Andrew 审核本文。
我还建议您访问 WebGPUFundamentals.org，深入了解 WebGPU 和 WebGL 之间的差异。