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WebGPU 的新变化 (Chrome 120)

François Beaufort

支持 WGSL 中的 16 位浮点值

在 WGSL 中，f16 类型是 IEEE-754 binary16（半精度）格式的一组 16 位浮点值。这意味着它使用 16 位来表示浮点数，而传统的单精度浮点数 (f32) 使用 32 位。这种较小的尺寸可以显著提升性能，尤其是在处理大量数据时。

为了进行比较，在 Apple M1 Pro 设备上，WebLLM 聊天演示中使用的 Llama2 7B 模型的 f16 实现比 f32 实现快得多，预填充速度提高了 28%，解码速度提高了 41%，如以下屏幕截图所示。

WebLLM 聊天演示的屏幕截图，其中包含 f32 和 f16 Llama2 7B 模型。 — 使用 `f32`（左）和 `f16`（右）Llama2 7B 模型的 WebLLM 对话演示。

并非所有 GPU 都支持 16 位浮点值。当 GPUAdapter 中提供 "shader-f16" 功能时，您现在可以请求具有此功能的 GPUDevice，并创建利用半精度浮点类型 f16 的 WGSL 着色器模块。只有在启用 enable f16; 的 f16 WGSL 扩展程序时，此类型才能在 WGSL 着色器模块中使用。否则，createShaderModule() 将生成验证错误。请参阅以下最简示例和问题 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...

您可以在 WGSL 着色器模块代码中使用 alias 根据 "shader-f16" 功能支持来同时支持 f16 和 f32 类型，如以下代码段所示。

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);
  }
`;

突破极限

默认情况下，保存渲染流水线输出数据（包括所有颜色附件）的一个样本（像素或子像素）所需的字节数上限为 32 字节。现在，您可以使用 maxColorAttachmentBytesPerSample 限制来请求最多 64 个。请参阅以下示例并发布 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 },
});

所有平台上用于阶段间通信的 maxInterStageShaderVariables 和 maxInterStageShaderComponents 限制均已提高。如需了解详情，请参阅问题 dawn:1448。

对于每个着色器阶段，管道布局中存储缓冲区的绑定组布局条目数量上限默认为 8。现在，您可以使用 maxStorageBuffersPerShaderStage 限制请求最多 10 个。请参阅问题 dawn:2159。

添加了新的 maxBindGroupsPlusVertexBuffers 限制。它由同时使用的绑定组和顶点缓冲区槽的最大数量组成，包括最高索引以下的任何空槽。其默认值为 24。请参阅问题 dawn:1849。

对深度模具状态的更改

为了改善开发者体验，深度模具状态 depthWriteEnabled 和 depthCompare 属性不再是必需的：depthWriteEnabled 仅在格式包含深度时是必需的，而 depthCompare 在格式包含深度时，如果完全未使用，则不是必需的。请参阅问题 dawn:2132。

适配器信息更新

当用户在 chrome://flags/#enable-webgpu-developer-features 处启用“WebGPU 开发者功能”标志后，调用 requestAdapterInfo() 时，现在可以使用非标准的 type 和 backend 适配器信息属性。type 可以是“离散 GPU”“集成 GPU”“CPU”或“未知”。backend 为“WebGPU”“D3D11”“D3D12”“metal”“vulkan”“openGL”“openGLES”或“null”。请参阅问题 dawn:2112 和问题 dawn:2107。

https://webgpureport.org 的屏幕截图，其中显示了后端和适配器信息中的类型。 — 在 https://webgpureport.org 上显示的适配器信息后端和类型。

移除了 requestAdapterInfo() 中的可选 unmaskHints 列表参数。请参阅问题 dawn:1427。

时间戳查询量化

时间戳查询可让应用以纳秒级精度测量 GPU 命令的执行时间。不过，由于存在计时攻击方面的担忧，WebGPU 规范将时间戳查询设为可选。Chrome 团队认为，通过将分辨率降低到 100 微秒，对时间戳查询进行量化处理可在精度和安全性之间取得良好的平衡。请参阅问题 dawn:1800。

在 Chrome 中，用户可以通过在 chrome://flags/#enable-webgpu-developer-features 处启用“WebGPU 开发者功能”标志来停用时间戳量化。请注意，此标志本身不会启用 "timestamp-query" 功能。其实现仍处于实验阶段，因此需要在 chrome://flags/#enable-unsafe-webgpu 处启用“不安全的 WebGPU 支持”标志。

在 Dawn 中，添加了一个新的设备切换开关“timestamp_quantization”，该开关默认处于启用状态。以下代码段展示了如何在请求设备时允许使用实验性“时间戳查询”功能，且不进行时间戳量化。

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);

春季大扫除功能

实验性功能“timestamp-query-inside-passes”已重命名为“chromium-experimental-timestamp-query-inside-passes”，以便开发者清楚了解此功能目前仅在基于 Chromium 的浏览器中提供，且仍处于实验阶段。请参阅问题 dawn:1193。