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WebGPU @compute @workgroup_size(${X}, ${Y}, ${Z}) 不同情况详解 ​

计算着色器的逻辑是通过 workgroup 大小和 dispatch 参数来控制的。workgroup 大小决定了每个工作组的线程数，而 dispatch 参数决定了工作组的数量。

1. 基本概念 ​

在 WebGPU 中，@compute @workgroup_size(${X}, ${Y}, ${Z}) 用于定义计算着色器的工作组大小。工作组大小决定了每个工作组中包含的线程（工作项）数量，以及这些线程在三维空间中的分布。

  • X、Y、Z：分别表示工作组在三个维度上的大小。未指定的维度默认为 1。
  • 线程总数：X * Y * Z，即每个工作组中的线程数量。

2. 不同情况分析 ​

2.1 一维工作组 ​

  • 配置：@compute @workgroup_size(${X}, 1, 1) 或简写为 @compute @workgroup_size(${X})
  • 特点：
    • 线程分布在 X 维度上，Y 和 Z 维度上只有一个线程。
    • 适用于处理一维数据（如数组或缓冲区）。
  • 示例：
wgsl
@compute @workgroup_size(256, 1, 1)
fn main(@builtin(local_invocation_id) lid: vec3<u32>) {
  let index = lid.x; // 使用一维索引
  // 处理逻辑
}

2.2 二维工作组 ​

  • 配置：@compute @workgroup_size(${X}, ${Y}, 1)
  • 特点：
    • 线程分布在 X 和 Y 维度上，Z 维度上只有一个线程。
    • 适用于处理二维数据（如图像）。
  • 示例：
wgsl
@compute @workgroup_size(16, 16, 1)
fn main(@builtin(local_invocation_id) lid: vec3<u32>) {
  let index = lid.y * 16 + lid.x; // 转换为一维索引
  // 处理逻辑
}

2.3 三维工作组 ​

  • 配置：@compute @workgroup_size(${X}, ${Y}, ${Z})
  • 特点：
    • 线程分布在 X、Y 和 Z 三个维度上
    • 适用于复杂的三维数据处理
  • 示例：
wgsl
@compute @workgroup_size(8, 8, 4)
fn main(@builtin(local_invocation_id) lid: vec3<u32>) {
  let index = lid.z * 64 + lid.y * 8 + lid.x; // 转换为一维索引
  // 处理逻辑
}

3. 硬件限制 ​

  • 最大线程数：maxComputeInvocationsPerWorkgroup（通常为 256）
  • 最大工作组大小：
    • maxComputeWorkgroupSizeX：256
    • maxComputeWorkgroupSizeY：256
    • maxComputeWorkgroupSizeZ：64
  • 最大工作组数量：maxComputeWorkgroupsPerDimension（通常为 65535）

4. 性能与优化 ​

  • 局部性优化：相邻的工作组更可能访问相似的内存区域，顺序运行相邻工作组可以提高缓存命中率
  • 工作组大小选择：建议使用 64 作为工作组大小（X * Y * Z 的乘积），除非有明确的性能需求