基于 WebGPU 的 GPGPU 实践：在浏览器端进行百万级粒子物理模拟 大家好，我是今天的主讲人。今天我们要深入探讨一个非常前沿且极具实用价值的话题：如何使用 WebGPU 在浏览器中实现百万级粒子的物理模拟。 如果你曾尝试过在网页上跑复杂的计算任务（比如流体动力学、碰撞检测或粒子系统），你可能已经遇到过性能瓶颈——JavaScript 单线程执行效率低、内存访问慢、无法充分利用现代 GPU 的并行能力。而 WebGPU 正是为解决这些问题应运而生的新一代图形和计算 API。 一、为什么选择 WebGPU？ 1.1 现有技术局限 WebGL：虽然广泛支持，但仅限于图形渲染，不支持通用计算（GPGPU）。 WebAssembly + JavaScript：虽可提升性能，但仍受限于 CPU 并行度，难以处理大规模并行运算。 Worker 线程：可以多线程，但数据同步复杂，且仍受制于 CPU 核心数。 1.2 WebGPU 的优势 特性 WebGL WebAssembly WebGPU 支持 GPGPU ❌ ❌ ✅ 并行计算能力 有限 有限 强大（数千个线程） 内存模型 浮点纹理/缓冲区 …
WebGPU 资源绑定：BindGroup 与 Uniform Buffer 的内存对齐（Padding）陷阱
WebGPU 资源绑定：BindGroup 与 Uniform Buffer 的内存对齐（Padding）陷阱 —— 一场你必须了解的底层细节 大家好，今天我们来聊一个在使用 WebGPU 进行图形编程时，极易被忽视但又极其关键的问题：Uniform Buffer 的内存对齐（Padding）问题。 如果你正在写着 shader 程序、绑定了 uniform buffer 到 BindGroup，结果渲染出来的效果不对、甚至崩溃了——那很可能不是你的 GLSL 写错了，而是因为 你没处理好内存对齐！ 这篇文章我会从原理讲到实践，结合代码示例和表格对比，帮你彻底理解这个“隐藏陷阱”。我们不会用高深术语堆砌，只讲清楚一件事：为什么 padding 是必要的？如何正确处理它？ 一、什么是 BindGroup 和 Uniform Buffer？ 先快速回顾一下 WebGPU 的核心概念： BindGroup：是 GPU 上用于绑定资源（如纹理、缓冲区、采样器等）的一组对象集合。你可以把它想象成一个“接口”，告诉 GPU：“我这有一堆数据，请按顺序拿去用。” Uniform Buffer：是一种 …
继续阅读“WebGPU 资源绑定：BindGroup 与 Uniform Buffer 的内存对齐（Padding）陷阱”
从 WebGL 到 WebGPU：计算着色器（Compute Shader）如何解锁 JS 的并行计算能力
从 WebGL 到 WebGPU：计算着色器如何解锁 JavaScript 的并行计算能力 各位开发者朋友，大家好！今天我们要聊一个非常有意思的话题：如何让 JavaScript 这个原本“单线程”的语言，在浏览器中也能实现真正的并行计算？ 我们都知道，JavaScript 是运行在主线程上的，一旦执行耗时任务（比如图像处理、物理模拟或数据加密），页面就会卡顿甚至无响应。这限制了前端应用的性能上限。 但好消息是——随着 WebGPU 的到来，这个问题终于有了根本性的解决方案！它带来的核心特性之一就是：计算着色器（Compute Shader）。 在这篇讲座式文章中，我会带你一步步理解： 什么是计算着色器？ 为什么它能解锁 JS 的并行计算能力？ 如何用 WebGPU 实现一个简单的并行加法运算？ 和旧时代的 WebGL 相比，WebGPU 在并行计算上有哪些飞跃？ 第一部分：从 WebGL 到 WebGPU —— 一场关于并行计算的革命 1.1 WebGL 的局限性：图形专用，无法做通用计算 WebGL 是早期用于在浏览器中渲染 3D 图形的标准 API，基于 OpenGL ES 2. …
WebGPU 着色器语言（WGSL）与 JS 内存绑定：缓冲区映射（Buffer Mapping）的异步步进与同步开销
各位同学、各位同仁，大家好。 今天，我们将深入探讨WebGPU中一个至关重要的主题：WebGPU着色器语言（WGSL）与JavaScript内存绑定，特别是围绕缓冲区映射（Buffer Mapping）机制展开，剖析其异步特性与可能带来的同步开销。理解这一机制对于优化WebGPU应用程序的性能至关重要。 1. WebGPU与WGSL：现代图形编程的基石 首先，让我们简要回顾一下WebGPU的背景。WebGPU是Web平台上下一代图形与计算API，旨在提供对现代GPU功能的低级、高性能访问。它继承了Vulkan、Metal和DirectX 12等原生API的设计理念，为Web开发者带来了前所未有的GPU控制力。 而WGSL（WebGPU Shading Language），则是WebGPU专用的着色器语言。它是一种强类型、静态编译的语言，语法上借鉴了Rust和GLSL，设计目标是提供安全、高性能且易于使用的着色器编程体验。WGSL着色器代码在GPU上执行，负责处理顶点、片段（像素）以及通用计算任务。 WebGPU的核心思想之一是明确区分CPU（JavaScript环境）和GPU（WGSL …
继续阅读“WebGPU 着色器语言（WGSL）与 JS 内存绑定：缓冲区映射（Buffer Mapping）的异步步进与同步开销”
WebGPU 着色器语言（WGSL）与 JavaScript 的绑定：缓冲区映射与命令编码器的异步同步
各位同仁，大家好！ 今天，我们将深入探讨一个在现代高性能图形编程中至关重要的主题：WebGPU 着色器语言（WGSL）与 JavaScript 之间的绑定机制，特别是其核心环节——缓冲区映射与命令编码器的异步同步。WebGPU 作为一个令人兴奋的新一代 Web 图形 API，旨在提供接近原生 GPU 性能的体验，而理解其 CPU (JavaScript) 与 GPU (WGSL) 之间的通信桥梁，是掌握这一强大工具的关键。 1. WebGPU：CPU 与 GPU 的高性能交响乐 在深入细节之前，我们先快速回顾一下 WebGPU 的基本理念。WebGPU 不仅仅是一个新的图形 API，它更是一个全新的范式。它借鉴了 Vulkan、Metal 和 DirectX 12 等现代图形 API 的设计理念，提供了更底层的控制权，从而实现了更高的性能和更低的驱动开销。 WebGPU 的核心在于将渲染或计算任务分解为一系列可由 GPU 并行执行的操作。这些操作由 JavaScript API 进行调度和配置，而实际的 GPU 代码则由 WGSL (WebGPU Shading Language) 编 …
WebGPU/WebGL 的渲染管线：JavaScript 与 GPU 内存的通信与同步
各位同仁，大家好。 今天，我们将深入探讨一个在现代Web图形编程中至关重要的主题：WebGPU和WebGL渲染管线中，JavaScript（CPU端）与GPU内存之间的数据通信与同步机制。理解这些机制是编写高效、稳定图形应用的关键。我们将从WebGPU和WebGL的哲学差异入手，逐步解析它们各自的数据传输策略，并辅以详尽的代码示例。 1. CPU与GPU：渲染的二元对立与协作 在计算机图形学中，CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器）扮演着截然不同的角色。CPU是通用计算的核心，擅长逻辑控制、复杂的数据结构操作和串行任务。而GPU则是一个高度并行的计算设备，专为处理大量重复的浮点运算而优化，例如矩阵乘法、顶点变换、像素着色等。 渲染管线本质上就是CPU和GPU协同工作的过程。CPU负责准备渲染所需的数据（如几何体、纹理路径、材质属性、相机参数），构建渲染命令，并将其提交给GPU。GPU则按照这些命令，将数据从其自身的内存中取出，执行一系列高度并行的计算，最终将结果呈现在屏幕上。 这个过程中，JavaScript运行在CPU上，而我们的渲染指令和数据最终要到达GPU。因此，如何高效、安 …
WebGPU推理优化：利用WGSL着色器语言在浏览器中实现Llama-3的并行计算
WebGPU 推理优化：WGSL 着色器并行计算 Llama-3 大家好，今天我们来深入探讨如何利用 WebGPU 及其着色器语言 WGSL，在浏览器环境中实现 Llama-3 模型的并行推理优化。这将涉及模型架构的简化，WGSL 着色器的编写，以及一些性能优化的技巧。我们将从理论到实践，一步一步地构建一个高效的 WebGPU 推理引擎。 一、Llama-3 模型简介与优化目标 Llama-3 是 Meta AI 推出的一个强大的开源语言模型。尽管它性能卓越，但在浏览器端直接运行完整的 Llama-3 模型是不切实际的，因为它需要大量的计算资源和内存。因此，我们需要对模型进行简化和优化，以便能够在 WebGPU 环境下高效运行。 我们的优化目标主要集中在以下几个方面： 模型量化 (Quantization): 将模型权重从 FP32 (32 位浮点数) 降低到 INT8 (8 位整数) 或 FP16 (16 位浮点数)。这将显著减少模型的内存占用和计算量。 算子融合 (Operator Fusion): 将多个连续的算子合并成一个单一的算子，减少 kernel launch 的开销。 …
WebGPU-LLM：利用WGSL着色器语言在浏览器端实现Llama-3的硬件加速推理
WebGPU-LLM：浏览器端Llama-3硬件加速推理实践 大家好，今天我们来深入探讨一个前沿且极具潜力的课题：利用WebGPU和WGSL着色器语言在浏览器端实现Llama-3的硬件加速推理。 1. 背景与动机 大型语言模型（LLM）如Llama-3在自然语言处理领域取得了显著进展，但其庞大的计算需求也限制了它们在资源受限环境中的应用，例如移动设备和网页浏览器。传统的JavaScript推理速度较慢，无法满足实时交互的需求。WebAssembly虽然提供了性能提升，但与原生代码相比仍有差距。 WebGPU的出现为解决这一问题提供了新的思路。WebGPU是一种现代图形和计算API，它允许在浏览器中利用GPU进行通用计算，从而实现硬件加速。结合WebGPU的WGSL（WebGPU Shading Language）着色器语言，我们可以将LLM的计算密集型操作卸载到GPU上，大幅提升推理速度。 2. WebGPU与WGSL：核心技术剖析 2.1 WebGPU：下一代图形与计算API WebGPU是W3C标准化的下一代图形和计算API，旨在取代WebGL。它具有以下关键优势： 更低的CPU开 …
WebGPU与WebLLM：在浏览器中利用WGSL着色器运行Llama-3的工程实现
WebGPU与WebLLM：在浏览器中利用WGSL着色器运行Llama-3的工程实现 大家好，今天我们要深入探讨一个激动人心的领域：如何在浏览器中利用WebGPU和WebLLM运行Llama-3模型。 这不仅仅是一个技术演示，更代表着一种全新的可能性，它将强大的AI能力带到用户终端，无需服务器依赖，实现真正的本地化推理。 1. WebGPU：下一代图形和计算API WebGPU是Web平台的下一代图形和计算API，旨在取代WebGL。它提供了更低的硬件开销、更强的并行计算能力，以及更现代化的编程模型。 这使得在浏览器中执行复杂计算任务，如机器学习推理，成为可能。 1.1 WebGPU的核心概念 Device: 代表一个WebGPU设备，通常对应于一块物理GPU。它是所有WebGPU操作的入口点。 Queue: 用于提交命令缓冲区(Command Buffers)到设备执行。 Buffer: 用于存储数据，例如模型权重、输入数据和输出数据。 Texture: 用于存储图像数据，虽然主要用于图形渲染，但也可以用于存储和处理计算数据。 Shader Module: 包含用WGSL (WebG …
Java与WebGPU/Vulkan：图形渲染、通用计算的GPU加速与接口设计
Java与WebGPU/Vulkan：图形渲染、通用计算的GPU加速与接口设计 各位同学，大家好。今天我们来探讨一个非常有意思的主题：Java与WebGPU/Vulkan，看看如何在Java环境下利用这些现代图形API进行GPU加速，包括图形渲染和通用计算，并探讨接口设计的相关问题。 1. GPU加速的必要性：从CPU到GPU 在传统的计算模型中，CPU承担了大部分的计算任务。然而，随着数据量的爆炸式增长，以及图形渲染和机器学习等领域对计算能力的巨大需求，CPU的性能逐渐成为瓶颈。GPU（图形处理器）最初设计用于图形渲染，但其并行计算架构使其非常适合处理大规模并行计算任务。GPU拥有成百上千个核心，可以同时执行大量的简单计算，从而显著提高计算效率。 2. WebGPU与Vulkan：现代图形API的选择 WebGPU和Vulkan是两种现代图形API，它们都旨在提供更底层的硬件访问能力，从而实现更高的性能和更灵活的控制。 Vulkan: 跨平台、低开销的图形和计算API，由Khronos Group维护。它提供了对GPU硬件的直接控制，允许开发者进行精细的性能优化。Vulkan旨在取代 …