Novidades da WebGPU (Chrome{/120)

François Beaufort
François Beaufort
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Suporte a valores de ponto flutuante de 16 bits no WGSL

No WGSL, o tipo f16 é o conjunto de valores de ponto flutuante de 16 bits do formato IEEE-754 binary16 (meia precisão). Isso significa que ele usa 16 bits para representar um número de ponto flutuante, em vez de 32 bits para ponto flutuante de precisão única convencional (f32). Esse tamanho menor pode levar a melhorias significativas no desempenho, especialmente ao processar grandes quantidades de dados.

Para comparação, em um dispositivo Apple M1 Pro, a implementação f16 dos modelos Llama2 7B usados na demonstração de chat do WebLLM é significativamente mais rápida do que a implementação f32, com uma melhoria de 28% na velocidade de preenchimento automático e 41% na velocidade de decodificação, conforme mostrado nas capturas de tela a seguir.

Captura de tela de demonstrações de chat do WebLLM com os modelos f32 e f16 do Llama2 7B.
Demonstrações de chat do WebLLM com modelos Llama2 7B f32 (à esquerda) e f16 (à direita).

Nem todas as GPUs são compatíveis com valores de ponto flutuante de 16 bits. Quando o recurso "shader-f16" estiver disponível em um GPUAdapter, será possível solicitar um GPUDevice com esse recurso e criar um módulo de sombreador WGSL que aproveite o tipo de ponto flutuante de meia precisão f16. Esse tipo só é válido para uso no módulo de sombreador WGSL se você ativar a extensão WGSL f16 com enable f16;. Caso contrário, createShaderModule() vai gerar um erro de validação. Confira o exemplo mínimo a seguir e o problema 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...

É possível oferecer suporte aos tipos f16 e f32 no código do módulo de sombreador do WGSL com um alias, dependendo do suporte ao recurso "shader-f16", conforme mostrado no snippet a seguir.

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);
  }
`;

Supere os limites

Por padrão, o número máximo de bytes necessários para armazenar uma amostra (pixel ou subpixel) de dados de saída do pipeline de renderização em todos os anexos coloridos é de 32 bytes. Agora é possível solicitar até 64 usando o limite de maxColorAttachmentBytesPerSample. Confira o exemplo a seguir 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 },
});

Os limites de maxInterStageShaderVariables e maxInterStageShaderComponents usados para a comunicação entre estágios foram aumentados em todas as plataformas. Consulte o problema dawn:1448 (link em inglês) para saber mais.

Para cada estágio do sombreador, o número máximo de entradas de layout de grupo de vinculação em um layout de pipeline que são buffers de armazenamento é 8 por padrão. Agora é possível solicitar até 10 usando o limite de maxStorageBuffersPerShaderStage. Consulte o problema dawn:2159.

Um novo limite de maxBindGroupsPlusVertexBuffers foi adicionado. Ele consiste no número máximo de slots de grupo de vinculação e de buffer de vértice usados simultaneamente, contando os slots vazios abaixo do índice mais alto. O valor padrão é 24. Consulte o problema dawn:1849 (link em inglês).

Mudanças no estado do depth-stencil

Para melhorar a experiência do desenvolvedor, os atributos de estado de profundidade do stencil depthWriteEnabled e depthCompare não são mais obrigatórios: depthWriteEnabled é necessário apenas para formatos com profundidade, e depthCompare não é necessário para formatos com profundidade se não for usado. Consulte issue dawn:2132.

Atualizações de informações do adaptador

Os atributos de informações de adaptador type e backend não padrão agora estão disponíveis ao chamar requestAdapterInfo() quando o usuário ativa a flag "WebGPU Developer Features" em chrome://flags/#enable-webgpu-developer-features. O type pode ser "GPU discreta", "GPU integrada", "CPU" ou "desconhecido". O backend é "WebGPU", "D3D11", "D3D12", "metal", "vulkan", "openGL", "openGLES" ou "null". Consulte issue dawn:2112 e issue dawn:2107.

Captura de tela de https://webgpureport.org com informações de back-end e tipo no adaptador.
O back-end e o tipo de informações do adaptador são mostrados em https://webgpureport.org.

O parâmetro de lista unmaskHints opcional em requestAdapterInfo() foi removido. Consulte o problema dawn:1427.

Quantização de consultas de carimbo de data/hora

As consultas de carimbo de data/hora permitem que os aplicativos meçam o tempo de execução dos comandos da GPU com precisão de nanossegundos. No entanto, a especificação da WebGPU torna as consultas de carimbo de data/hora opcionais devido a problemas de ataque de temporização. A equipe do Chrome acredita que a quantização das consultas de carimbo de data/hora oferece um bom compromisso entre precisão e segurança, reduzindo a resolução para 100 microssegundos. Consulte issue dawn:1800.

No Chrome, os usuários podem desativar a quantificação de carimbos de data/hora ativando a flag "WebGPU Developer Features" em chrome://flags/#enable-webgpu-developer-features. Essa sinalização por si só não ativa o recurso "timestamp-query". A implementação ainda é experimental e, portanto, requer a flag "Unsafe WebGPU Support" em chrome://flags/#enable-unsafe-webgpu.

No Dawn, um novo interruptor de dispositivo chamado "timestamp_quantization" foi adicionado e ativado por padrão. O snippet a seguir mostra como permitir o recurso experimental "consulta de carimbo de data/hora" sem quantização de carimbo de data/hora ao solicitar um 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);

Recursos de limpeza de primavera

O recurso experimental "timestamp-query-inside-passes" foi renomeado para "chromium-experimental-timestamp-query-inside-passes" para deixar claro aos desenvolvedores que esse recurso é experimental e está disponível apenas em navegadores baseados no Chromium no momento. Consulte o problema dawn:1193 (link em inglês).

O recurso experimental "pipeline-statistics-query", que só foi implementado parcialmente, foi removido porque não está mais em desenvolvimento. Consulte o problema chromium:1177506.

Isso abrange apenas alguns dos principais destaques. Confira a lista completa de commits.

Novidades na WebGPU

Uma lista de tudo o que foi abordado na série O que há de novo na WebGPU.

Chrome 131

Chrome 130

Chrome 129

Chrome 128

Chrome 127

Chrome 126

Chrome 125

Chrome 124

Chrome 123

Chrome 122

Chrome 121

Chrome 120

Chrome 119

Chrome 118

Chrome 117

Chrome 116

Chrome 115

Chrome 114

Chrome 113