Novità di WebGPU (Chrome 120)

François Beaufort
François Beaufort
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Supporto dei valori in virgola mobile a 16 bit in WGSL

In WGSL, il tipo f16 è l'insieme di valori in virgola mobile a 16 bit del formato binary16 (precisione dimezzata) IEEE-754. Ciò significa che utilizza 16 bit per rappresentare un numero in virgola mobile, rispetto ai 32 bit per i numeri in virgola mobile convenzionali a precisione singola (f32). Questa dimensione inferiore può portare a miglioramenti significativi delle prestazioni, in particolare durante l'elaborazione di grandi quantità di dati.

Per fare un confronto, su un dispositivo Apple M1 Pro, l'implementazione f16 dei modelli Llama2 7B utilizzati nella demo di chat WebLLM è notevolmente più veloce dell'implementazione f32, con un miglioramento del 28% della velocità di precompilazione e del 41% della velocità di decodifica, come mostrato negli screenshot seguenti.

Screenshot delle demo di chat WebLLM con i modelli Llama2 7B f32 e f16.
Demo di chat WebLLM con modelli Llama2 7B f32 (a sinistra) e f16 (a destra).

Non tutte le GPU supportano valori in virgola mobile a 16 bit. Quando la funzionalità "shader-f16" è disponibile in un GPUAdapter, ora puoi richiedere un GPUDevice con questa funzionalità e creare un modulo shader WGSL che sfrutta il tipo a virgola mobile a metà precisione f16. Questo tipo può essere utilizzato nel modulo Shar WGSL solo se abiliti l'estensione WGSL f16 con enable f16;. In caso contrario, createShaderModule() genererà un errore di convalida. Vedi il seguente esempio minimo e il problema issue dawn:1510.

const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter();
if (!adapter.features.has("shader-f16")) {
  throw new Error("16-bit floating-point value support is not available");
}
// Explicitly request 16-bit floating-point value support.
const device = await adapter.requestDevice({
  requiredFeatures: ["shader-f16"],
});

const code = `
  enable f16;

  @compute @workgroup_size(1)
  fn main() {
    const c : vec3h = vec3<f16>(1.0h, 2.0h, 3.0h);
  }
`;

const shaderModule = device.createShaderModule({ code });
// Create a compute pipeline with this shader module
// and run the shader on the GPU...

È possibile supportare sia i tipi f16 che f32 nel codice del modulo shader WGSL con un alias a seconda del supporto della funzionalità "shader-f16", come mostrato nello snippet seguente.

const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter();
const hasShaderF16 = adapter.features.has("shader-f16");

const device = await adapter.requestDevice({
  requiredFeatures: hasShaderF16 ? ["shader-f16"] : [],
});

const header = hasShaderF16
  ? `enable f16;
     alias min16float = f16;`
  : `alias min16float = f32;`;

const code = `
  ${header}

  @compute @workgroup_size(1)
  fn main() {
    const c = vec3<min16float>(1.0, 2.0, 3.0);
  }
`;

Spingere i limiti

Per impostazione predefinita, il numero massimo di byte necessari per contenere un campione (pixel o sottopixel) di dati di output della pipeline di rendering in tutti i collegamenti di colori è 32 byte. Ora è possibile effettuare richieste fino a 64 utilizzando il limite di maxColorAttachmentBytesPerSample. Vedi l'esempio seguente e issue dawn:2036.

const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter();

if (adapter.limits.maxColorAttachmentBytesPerSample < 64) {
  // When the desired limit isn't supported, take action to either fall back to
  // a code path that does not require the higher limit or notify the user that
  // their device does not meet minimum requirements.
}

// Request highest limit of max color attachments bytes per sample.
const device = await adapter.requestDevice({
  requiredLimits: { maxColorAttachmentBytesPerSample: 64 },
});

I limiti di maxInterStageShaderVariables e maxInterStageShaderComponents utilizzati per le comunicazioni tra le fasi sono stati aumentati su tutte le piattaforme. Per i dettagli, consulta issue dawn:1448.

Per ogni fase dello shader, il numero massimo di voci di layout del gruppo di binding in un layout della pipeline che sono buffer di archiviazione è 8 per impostazione predefinita. Ora è possibile richiederne fino a 10 utilizzando il limite di maxStorageBuffersPerShaderStage. Vedi issue dawn:2159.

È stato aggiunto un nuovo limite per maxBindGroupsPlusVertexBuffers. Consiste nel numero massimo di slot di gruppi di binding e buffer di vertici utilizzati contemporaneamente, contando gli slot vuoti sotto l'indice più alto. Il valore predefinito è 24. Vedi issue dawn:1849.

Modifiche allo stato della maschera di profondità

Per migliorare l'esperienza degli sviluppatori, gli attributi stato profondità depthWriteEnabled e depthCompare non sono sempre più obbligatori: il valore depthWriteEnabled è obbligatorio solo per i formati con profondità, mentre depthCompare non lo è per i formati con profondità se non vengono utilizzati affatto. Vedi issue dawn:2132.

Aggiornamenti delle informazioni sugli adattatori

Gli attributi delle informazioni sull'adattatore type e backend non standard sono ora disponibili quando viene chiamata la funzione requestAdapterInfo() se l'utente ha attivato il flag "Funzionalità per sviluppatori WebGPU" in chrome://flags/#enable-webgpu-developer-features. type può essere "GPU discreta", "GPU integrata", "CPU" o "sconosciuto". backend può essere "WebGPU", "D3D11", "D3D12", "metal", "vulkan", "openGL", "openGLES" o "null". Consulta issue dawn:2112 e issue dawn:2107.

Screenshot di https://webgpureport.org con informazioni sul backend e sul tipo di adattatore.
Backend e tipo di informazioni sull'adattatore mostrati su https://webgpureport.org.

Il parametro facoltativo dell'elenco unmaskHints in requestAdapterInfo() è stato rimosso. Vedi issue dawn:1427.

quantizzazione delle query con timestamp

Le query con timestamp consentono alle applicazioni di misurare il tempo di esecuzione dei comandi GPU con una precisione in nanosecondi. Tuttavia, la specifica WebGPU rende facoltative le query relative ai timestamp a causa di problemi di attacco di temporizzazione. Il team di Chrome ritiene che la quantizzazione delle query sui timestamp offra un buon compromesso tra precisione e sicurezza, riducendo la risoluzione a 100 microsecondi. Vedi issue dawn:1800.

In Chrome, gli utenti possono disattivare la quantizzazione del timestamp attivando il flag "Funzionalità per sviluppatori WebGPU" in chrome://flags/#enable-webgpu-developer-features. Tieni presente che questo flag da solo non attiva la funzionalità "timestamp-query". La sua implementazione è ancora sperimentale e richiede il flag "Supporto WebGPU non sicuro" in chrome://flags/#enable-unsafe-webgpu.

In Dawn è stato aggiunto un nuovo pulsante di attivazione/disattivazione del dispositivo denominato "timestamp_quantization", che è abilitato per impostazione predefinita. Il seguente snippet mostra come consentire la funzionalità sperimentale "timestamp-query" senza quantizzazione del timestamp quando richiedi un dispositivo.

wgpu::DawnTogglesDescriptor deviceTogglesDesc = {};

const char* allowUnsafeApisToggle = "allow_unsafe_apis";
deviceTogglesDesc.enabledToggles = &allowUnsafeApisToggle;
deviceTogglesDesc.enabledToggleCount = 1;

const char* timestampQuantizationToggle = "timestamp_quantization";
deviceTogglesDesc.disabledToggles = &timestampQuantizationToggle;
deviceTogglesDesc.disabledToggleCount = 1;

wgpu::DeviceDescriptor desc = {.nextInChain = &deviceTogglesDesc};

// Request a device with no timestamp quantization.
myAdapter.RequestDevice(&desc, myCallback, myUserData);

Funzionalità per le pulizie di primavera

La funzionalità sperimentale "timestamp-query-inside-passes" è stata rinominata in "chromium-experimental-timestamp-query-inside-passes" per chiarire agli sviluppatori che questa funzionalità è sperimentale e al momento disponibile solo nei browser basati su Chromium. Vedi issue dawn:1193.

La funzionalità sperimentale "pipeline-statistics-query", che è stata implementata solo parzialmente, è stata rimossa perché non è più in fase di sviluppo. Vedi issue chromium:1177506.

Sono riportati solo alcuni punti salienti. Consulta l'elenco completo dei commit.

Novità di WebGPU

Un elenco di tutto ciò che è stato trattato nella serie Novità di WebGPU.

Chrome 131

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