WebGPU 的新变化 (Chrome 121)

François Beaufort

在 Android 上支持 WebGPU

Chrome 团队非常高兴地宣布，在搭载 Android 12 及更高版本且由 Qualcomm 和 ARM GPU 提供支持的设备上，Chrome 121 中现已默认启用 WebGPU。

我们将逐步扩大支持范围，涵盖更广泛的 Android 设备，包括在不久的将来搭载 Android 11 的设备。此次扩展将取决于进一步的测试和优化，以确保在更广泛的硬件配置中实现无缝体验。请参阅问题 chromium:1497815。

<ph type="x-smartling-placeholder">

</ph>

在 Chrome（Android 版）上运行的 WebGPU 示例。

在 Windows 上使用 DXC（而非 FXC）进行着色器编译

现在，Chrome 利用 DXC (DirectX Compiler) 的强大功能，在配备 SM6+ 图形硬件的 Windows D3D12 计算机上编译着色器。之前，WebGPU 依赖 FXC (FX Compiler) 在 Windows 上进行着色器编译。虽然功能正常，但 FXC 缺乏 DXC 中的功能集和性能优化。

初始测试显示，与 FXC 相比，使用 DXC 时计算着色器的编译速度平均提高了 20%。

计算传递和渲染传递中的时间戳查询

时间戳查询可让 WebGPU 应用精确测量其 GPU 命令执行计算和渲染通道所花费的时间（精确到纳秒）。它们大量用于深入了解 GPU 工作负载的性能和行为。

当 GPUAdapter 中提供 "timestamp-query" 功能时，您现在可以执行以下操作：

• 使用 "timestamp-query" 功能请求 GPUDevice。
• 创建一个类型为 "timestamp" 的 GPUQuerySet。
• 使用 GPUComputePassDescriptor.timestampWrites 和 GPURenderPassDescriptor.timestampWrites 定义在 GPUQuerySet 中的什么位置写入时间戳值。
• 使用 resolveQuerySet() 将时间戳值解析为 GPUBuffer。
• 通过将结果从 GPUBuffer 复制到 CPU 来读取时间戳值。
• 将时间戳值解码为 BigInt64Array。

请参阅以下示例并发出 dawn:1800 问题。

const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter();
if (!adapter.features.has("timestamp-query")) {
  throw new Error("Timestamp query feature is not available");
}
// Explicitly request timestamp query feature.
const device = await adapter.requestDevice({
  requiredFeatures: ["timestamp-query"],
});
const commandEncoder = device.createCommandEncoder();

// Create a GPUQuerySet which holds 2 timestamp query results: one for the
// beginning and one for the end of compute pass execution.
const querySet = device.createQuerySet({ type: "timestamp", count: 2 });
const timestampWrites = {
  querySet,
  beginningOfPassWriteIndex: 0, // Write timestamp in index 0 when pass begins.
  endOfPassWriteIndex: 1, // Write timestamp in index 1 when pass ends.
};
const passEncoder = commandEncoder.beginComputePass({ timestampWrites });
// TODO: Set pipeline, bind group, and dispatch work to be performed.
passEncoder.end();

// Resolve timestamps in nanoseconds as a 64-bit unsigned integer into a GPUBuffer.
const size = 2 * BigInt64Array.BYTES_PER_ELEMENT;
const resolveBuffer = device.createBuffer({
  size,
  usage: GPUBufferUsage.QUERY_RESOLVE | GPUBufferUsage.COPY_SRC,
});
commandEncoder.resolveQuerySet(querySet, 0, 2, resolveBuffer, 0);

// Read GPUBuffer memory.
const resultBuffer = device.createBuffer({
  size,
  usage: GPUBufferUsage.COPY_DST | GPUBufferUsage.MAP_READ,
});
commandEncoder.copyBufferToBuffer(resolveBuffer, 0, resultBuffer, 0, size);

// Submit commands to the GPU.
device.queue.submit([commandEncoder.finish()]);

// Log compute pass duration in nanoseconds.
await resultBuffer.mapAsync(GPUMapMode.READ);
const times = new BigInt64Array(resultBuffer.getMappedRange());
console.log(`Compute pass duration: ${Number(times[1] - times[0])}ns`);
resultBuffer.unmap();

由于存在计时攻击问题，时间戳查询采用 100 微秒的分辨率进行量化，因此可在精度和安全性之间实现很好的折衷。在 Chrome 浏览器中，您可以通过启用“WebGPU 开发者功能”来停用时间戳量化flag chrome://flags/#enable-webgpu-developer-features。如需了解详情，请参阅时间戳查询量化。

由于 GPU 可能会偶尔重置时间戳计数器，从而导致出现意外的值（例如时间戳之间的负增量），因此建议您查看 git diff 变更，该变更为以下 Compute Boids 示例添加了时间戳查询支持。

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</ph>

包含时间戳查询的 Compute Boids 示例。

着色器模块的默认入口点

为了提升开发者体验，您现在可以在创建计算或渲染流水线时省略着色器模块的 entryPoint。如果在着色器代码中找不到着色器阶段的唯一入口点，则会触发 GPUValidationError。请参阅以下示例和issue dawn:2254。

const code = `
    @vertex fn vertexMain(@builtin(vertex_index) i : u32) ->
      @builtin(position) vec4f {
       const pos = array(vec2f(0, 1), vec2f(-1, -1), vec2f(1, -1));
       return vec4f(pos[i], 0, 1);
    }
    @fragment fn fragmentMain() -> @location(0) vec4f {
      return vec4f(1, 0, 0, 1);
    }`;
const module = myDevice.createShaderModule({ code });
const format = navigator.gpu.getPreferredCanvasFormat();
const pipeline = await myDevice.createRenderPipelineAsync({
  layout: "auto",
  vertex: { module, entryPoint: "vertexMain" },
  fragment: { module, entryPoint: "fragmentMain", targets: [{ format }] },
  vertex: { module },
  fragment: { module, targets: [{ format }] },
});

支持 display-p3 作为 GPUExternalTexture 颜色空间

现在，在使用 importExternalTexture() 从 HDR 视频导入 GPUExternalTexture 时，您可以设置 "display-p3" 目标颜色空间。查看 WebGPU 如何处理颜色空间。请参阅以下示例并问题 chromium:1330250。

// Create texture from HDR video.
const video = document.querySelector("video");
const texture = myDevice.importExternalTexture({
  source: video,
  colorSpace: "display-p3",
});

内存堆信息

为了帮助您在应用开发过程中预测内存限制，requestAdapterInfo() 现在公开了 memoryHeaps 信息，例如适配器上可用内存堆的大小和类型。此实验性功能仅在“WebGPU 开发者功能”中chrome://flags/#enable-webgpu-developer-features 上的 flag 已启用。请参阅以下示例和issue dawn:2249。

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

for (const { size, properties } of adapterInfo.memoryHeaps) {
  console.log(size); // memory heap size in bytes
  if (properties & GPUHeapProperty.DEVICE_LOCAL)  { /* ... */ }
  if (properties & GPUHeapProperty.HOST_VISIBLE)  { /* ... */ }
  if (properties & GPUHeapProperty.HOST_COHERENT) { /* ... */ }
  if (properties & GPUHeapProperty.HOST_UNCACHED) { /* ... */ }
  if (properties & GPUHeapProperty.HOST_CACHED)   { /* ... */ }
}

<ph type="x-smartling-placeholder">

</ph>

https://webgpureport.org 上显示的适配器信息内存堆。

Dawn 最新动态

添加了 wgpu::Instance 上的 HasWGSLLanguageFeature 和 EnumerateWGSLLanguageFeatures 方法，用于处理 WGSL 语言功能。请参阅问题 dawn:2260。

借助非标准 wgpu::Feature::BufferMapExtendedUsages 功能，您可以使用 wgpu::BufferUsage::MapRead 或 wgpu::BufferUsage::MapWrite 以及任何其他 wgpu::BufferUsage 创建 GPU 缓冲区。请参阅以下示例并问题 dawn:2204。

wgpu::BufferDescriptor descriptor = {
  .size = 128,
  .usage = wgpu::BufferUsage::MapWrite | wgpu::BufferUsage::Uniform
};
wgpu::Buffer uniformBuffer = device.CreateBuffer(&descriptor);

uniformBuffer.MapAsync(wgpu::MapMode::Write, 0, 128,
   [](WGPUBufferMapAsyncStatus status, void* userdata)
   {
      wgpu::Buffer* buffer = static_cast<wgpu::Buffer*>(userdata);
      memcpy(buffer->GetMappedRange(), data, sizeof(data));
   },
   &uniformBuffer);

已记录以下功能：ANGLE 纹理共享、受 D3D11 保护的多线程、隐式设备同步、Norm16 纹理格式、卡券内的时间戳查询、Pixel 本地存储、着色器功能和多平面}格式{/15

Chrome 团队为 Dawn 创建了一个官方的 GitHub 代码库。

本指南仅涵盖部分重要内容。查看详尽的提交内容列表。

WebGPU 的新变化

WebGPU 新变化系列涵盖的所有内容的列表。

Chrome 128

• 对子群组进行实验
• 不再为线和点设置深度偏差
• 如果 preventDefault，则隐藏开发者工具警告中未捕获的错误
• WGSL 先内插采样，然后执行以下任一操作
• Dawn 最新动态

Chrome 127

• 在 Android 上为 OpenGL ES 提供实验性支持
• GPUAdapter 信息属性
• WebAssembly 互操作性改进
• 改进了命令编码器错误
• Dawn 最新动态

Chrome 126

• 提高 maxTextureArrayLayers 限制
• 针对 Vulkan 后端的缓冲区上传优化
• 着色器编译时间改进
• 提交的命令缓冲区必须是唯一的
• Dawn 最新动态

Chrome 125

• 子群组（功能尚处于开发阶段）
• 渲染到 3D 纹理切片
• Dawn 最新动态

Chrome 124

• 只读和读写存储纹理
• Service Worker 和共享 Worker 支持
• 新的适配器信息属性
• bug 修复
• Dawn 最新动态

Chrome 123

• WGSL 中的 DP4a 内置函数支持
• WGSL 中的无限制指针参数
• WGSL 中用于解引用复合的语法糖
• 单独的模板和深度切面的只读状态
• Dawn 最新动态

Chrome 122

• 利用兼容模式扩大覆盖面（功能尚处于开发阶段）
• 提高 maxVertexAttributes 限制
• Dawn 最新动态

Chrome 121

• 在 Android 上支持 WebGPU
• 在 Windows 上使用 DXC（而非 FXC）进行着色器编译
• 计算通道和渲染通道中的时间戳查询
• 着色器模块的默认入口点
• 支持 display-p3 作为 GPUExternalTexture 颜色空间
• 内存堆信息
• Dawn 最新动态

Chrome 120

• 在 WGSL 中支持 16 位浮点值
• 突破极限
• 对深度模板状态的更改
• 适配器信息更新
• 时间戳查询量化
• 春季大扫除功能

Chrome 119

• 可过滤的 32 位浮点纹理
• unorm10-10-10-2 顶点格式
• rgb10a2uint 纹理格式
• Dawn 最新动态

Chrome 118

• copyExternalImageToTexture() 中的 HTMLImageElement 和 ImageData 支持
• 对读写和只读存储纹理的实验性支持
• Dawn 最新动态

Chrome 117

• 取消设置顶点缓冲区
• 取消设置绑定群组
• 当设备丢失时，让创建异步流水线时出错
• SPIR-V 着色器模块创建更新
• 改善开发者体验
• 使用自动生成的布局缓存流水线
• Dawn 最新动态

Chrome 116

• WebCodecs 集成
• GPUAdapter 返回的设备丢失requestDevice()
• 如果调用 importExternalTexture()，则保持视频播放流畅
• 规范合规性
• 改善开发者体验
• Dawn 最新动态

Chrome 115

• 支持的 WGSL 语言扩展
• 对 Direct3D 11 的实验性支持
• 默认为使用交流电源的独立 GPU
• 改善开发者体验
• Dawn 最新动态

Chrome 114

• 优化 JavaScript
• 未配置的画布上的 getCurrentTexture() 会抛出 InvalidStateError
• WGSL 更新
• Dawn 最新动态

Chrome 113

• 在 importExternalTexture() 中使用 WebCodecs VideoFrame 源代码