WebGPU പ്രോഗ്രാമിംഗ്: ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഗ്രാഫിക്സും കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകളും

വെബ്ബിനായുള്ള അടുത്ത തലമുറയിലെ ഗ്രാഫിക്സ്, കമ്പ്യൂട്ട് എപിഐ ആണ് വെബ്ജിപിയു (WebGPU). ഇതിൻ്റെ മുൻഗാമിയായ വെബ്ജിഎല്ലിനെ (WebGL) അപേക്ഷിച്ച് ആധുനിക സവിശേഷതകളും മെച്ചപ്പെട്ട പ്രകടനവും നൽകുന്നതിനാണ് ഇത് രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. ഗ്രാഫിക്സ് റെൻഡറിംഗിനും പൊതുവായ കമ്പ്യൂട്ടേഷനുകൾക്കും ജിപിയുവിൻ്റെ (GPU) ശക്തി പ്രയോജനപ്പെടുത്താൻ ഇത് ഡെവലപ്പർമാരെ അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് വെബ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് പുതിയ സാധ്യതകൾ തുറന്നുതരുന്നു.

എന്താണ് WebGPU?

വെബ്ജിപിയു ഒരു ഗ്രാഫിക്സ് എപിഐ എന്നതിലുപരി, ബ്രൗസറിനുള്ളിലെ ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള കമ്പ്യൂട്ടിംഗിലേക്കുള്ള ഒരു കവാടമാണ്. ഇത് നിരവധി പ്രധാന നേട്ടങ്ങൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു:

• ആധുനിക എപിഐ: ആധുനിക ജിപിയു ആർക്കിടെക്ചറുകളുമായി യോജിക്കുന്നതും അവയുടെ കഴിവുകൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തതും.
• പ്രകടനം: ജിപിയുവിലേക്ക് താഴ്ന്ന തലത്തിലുള്ള ആക്സസ് നൽകുന്നു, ഇത് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത റെൻഡറിംഗും കമ്പ്യൂട്ട് പ്രവർത്തനങ്ങളും സാധ്യമാക്കുന്നു.
• ക്രോസ്-പ്ലാറ്റ്ഫോം: വിവിധ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങളിലും ബ്രൗസറുകളിലും പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇത് ഒരു സ്ഥിരതയുള്ള ഡെവലപ്മെൻ്റ് അനുഭവം നൽകുന്നു.
• കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകൾ: ജിപിയുവിൽ പൊതുവായ കമ്പ്യൂട്ടേഷൻ നടത്താൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, ഇത് ഇമേജ് പ്രോസസ്സിംഗ്, ഫിസിക്സ് സിമുലേഷനുകൾ, മെഷീൻ ലേണിംഗ് തുടങ്ങിയ ജോലികൾക്ക് വേഗത കൂട്ടുന്നു.
• WGSL (WebGPU ഷേഡിംഗ് ലാംഗ്വേജ്): വെബ്ജിപിയുവിനായി പ്രത്യേകം രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഒരു പുതിയ ഷേഡിംഗ് ഭാഷ. ജിഎൽഎസ്എല്ലിനെ (GLSL) അപേക്ഷിച്ച് മെച്ചപ്പെട്ട സുരക്ഷയും പ്രകടനക്ഷമതയും ഇത് വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.

വെബ്ജിപിയുവും വെബ്ജിഎല്ലും

വർഷങ്ങളായി വെബ് ഗ്രാഫിക്സിൻ്റെ മാനദണ്ഡം വെബ്ജിഎൽ ആയിരുന്നെങ്കിലും, അത് പഴയ ഓപ്പൺജിഎൽ ഇഎസ് (OpenGL ES) സവിശേഷതകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, അതിനാൽ പ്രകടനത്തിലും സവിശേഷതകളിലും പരിമിതികളുണ്ട്. വെബ്ജിപിയു ഈ പരിമിതികളെ മറികടക്കുന്നത് ഇങ്ങനെയാണ്:

• വ്യക്തമായ നിയന്ത്രണം: ജിപിയു റിസോഴ്സുകളിലും മെമ്മറി മാനേജ്മെൻ്റിലും ഡെവലപ്പർമാർക്ക് കൂടുതൽ നേരിട്ടുള്ള നിയന്ത്രണം നൽകുന്നു.
• അസിൻക്രണസ് പ്രവർത്തനങ്ങൾ: സമാന്തര നിർവ്വഹണത്തിന് അനുവദിക്കുകയും സിപിയു ഓവർഹെഡ് കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
• ആധുനിക സവിശേഷതകൾ: കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകൾ, റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് (എക്സ്റ്റൻഷനുകളിലൂടെ), നൂതന ടെക്സ്ചർ ഫോർമാറ്റുകൾ പോലുള്ള ആധുനിക റെൻഡറിംഗ് ടെക്നിക്കുകളെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.
• കുറഞ്ഞ ഡ്രൈവർ ഓവർഹെഡ്: ഡ്രൈവർ ഓവർഹെഡ് കുറയ്ക്കാനും മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്താനും രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നു.

WebGPU ഉപയോഗിച്ച് എങ്ങനെ തുടങ്ങാം

വെബ്ജിപിയു ഉപയോഗിച്ച് പ്രോഗ്രാമിംഗ് ആരംഭിക്കുന്നതിന്, എപിഐയെ പിന്തുണയ്ക്കുന്ന ഒരു ബ്രൗസർ ആവശ്യമാണ്. ക്രോം, ഫയർഫോക്സ്, സഫാരി (ടെക്നോളജി പ്രിവ്യൂ) എന്നിവയ്ക്ക് ഭാഗികമായോ പൂർണ്ണമായോ പിന്തുണയുണ്ട്. ഇതിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന ഘട്ടങ്ങളുടെ ഒരു രൂപരേഖ താഴെ നൽകുന്നു:

1. ഒരു അഡാപ്റ്റർ അഭ്യർത്ഥിക്കുക: ഒരു അഡാപ്റ്റർ ഭൗതികമായ ജിപിയുവിനെയോ സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഇംപ്ലിമെൻ്റേഷനെയോ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു.
2. ഒരു ഡിവൈസ് അഭ്യർത്ഥിക്കുക: റിസോഴ്‌സുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനും കമാൻഡുകൾ നടപ്പിലാക്കുന്നതിനും ഉപയോഗിക്കുന്ന ജിപിയുവിൻ്റെ ഒരു ലോജിക്കൽ രൂപമാണ് ഡിവൈസ്.
3. ഷേഡറുകൾ നിർമ്മിക്കുക: ജിപിയുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന പ്രോഗ്രാമുകളാണ് ഷേഡറുകൾ. ഇവ റെൻഡറിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ കമ്പ്യൂട്ട് പ്രവർത്തനങ്ങൾ നടത്തുന്നു. ഇവ WGSL-ൽ ആണ് എഴുതുന്നത്.
4. ബഫറുകളും ടെക്സ്ചറുകളും നിർമ്മിക്കുക: വെർട്ടെക്സ് ഡാറ്റ, യൂണിഫോം ഡാറ്റ, ഷേഡറുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന മറ്റ് ഡാറ്റ എന്നിവ ബഫറുകൾ സംഭരിക്കുന്നു. ടെക്സ്ചറുകൾ ഇമേജ് ഡാറ്റ സംഭരിക്കുന്നു.
5. ഒരു റെൻഡർ പൈപ്പ്‌ലൈൻ അല്ലെങ്കിൽ കമ്പ്യൂട്ട് പൈപ്പ്‌ലൈൻ നിർമ്മിക്കുക: റെൻഡറിംഗിലോ കമ്പ്യൂട്ടേഷനിലോ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഘട്ടങ്ങൾ ഒരു പൈപ്പ്‌ലൈൻ നിർവചിക്കുന്നു. ഇതിൽ ഉപയോഗിക്കേണ്ട ഷേഡറുകൾ, ഇൻപുട്ട്, ഔട്ട്പുട്ട് ഡാറ്റയുടെ ഫോർമാറ്റ്, മറ്റ് പാരാമീറ്ററുകൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.
6. കമാൻഡ് എൻകോഡർ നിർമ്മിക്കുക: കമാൻഡ് എൻകോഡർ ജിപിയു നടപ്പിലാക്കേണ്ട കമാൻഡുകൾ രേഖപ്പെടുത്തുന്നു.
7. കമാൻഡുകൾ സമർപ്പിക്കുക: കമാൻഡുകൾ നിർവ്വഹണത്തിനായി ഡിവൈസിലേക്ക് സമർപ്പിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം: അടിസ്ഥാന ത്രികോണ റെൻഡറിംഗ്

വെബ്ജിപിയു ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ത്രികോണം എങ്ങനെ റെൻഡർ ചെയ്യാമെന്നതിൻ്റെ ഒരു ലളിതമായ ഉദാഹരണം താഴെ നൽകുന്നു (ചുരുക്കത്തിനായി സ്യൂഡോ-കോഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നു):

// 1. അഡാപ്റ്ററും ഡിവൈസും അഭ്യർത്ഥിക്കുക
const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter();
const device = await adapter.requestDevice();

// 2. ഷേഡറുകൾ നിർമ്മിക്കുക (WGSL)
const vertexShaderSource = `
  @vertex
  fn main(@location(0) pos: vec2f) -> @builtin(position) vec4f {
    return vec4f(pos, 0.0, 1.0);
  }
`;

const fragmentShaderSource = `
  @fragment
  fn main() -> @location(0) vec4f {
    return vec4f(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); // ചുവപ്പ് നിറം
  }
`;

const vertexShaderModule = device.createShaderModule({ code: vertexShaderSource });
const fragmentShaderModule = device.createShaderModule({ code: fragmentShaderSource });

// 3. വെർട്ടെക്സ് ബഫർ നിർമ്മിക്കുക
const vertices = new Float32Array([
  0.0, 0.5,   // മുകൾ ഭാഗം
  -0.5, -0.5, // താഴെ ഇടത്
  0.5, -0.5   // താഴെ വലത്
]);

const vertexBuffer = device.createBuffer({ 
  size: vertices.byteLength,
  usage: GPUBufferUsage.VERTEX | GPUBufferUsage.COPY_DST,
  mappedAtCreation: true // ഉടൻ എഴുതുന്നതിനായി നിർമ്മാണ സമയത്ത് മാപ്പ് ചെയ്തു
});
new Float32Array(vertexBuffer.getMappedRange()).set(vertices);
vertexBuffer.unmap();

// 4. റെൻഡർ പൈപ്പ്‌ലൈൻ നിർമ്മിക്കുക
const renderPipeline = device.createRenderPipeline({
  vertex: {
    module: vertexShaderModule,
    entryPoint: "main",
    buffers: [{
      arrayStride: 8, // 2 * 4 ബൈറ്റുകൾ (float32)
      attributes: [{
        shaderLocation: 0, // @location(0)
        offset: 0,
        format: GPUVertexFormat.float32x2
      }]
    }]
  },
  fragment: {
    module: fragmentShaderModule,
    entryPoint: "main",
    targets: [{
      format: 'bgra8unorm' // ഉദാഹരണ ഫോർമാറ്റ്, ക്യാൻവാസിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കും
    }]
  },
  primitive: {
    topology: 'triangle-list' // ത്രികോണങ്ങൾ വരയ്ക്കുക
  },
  layout: 'auto' // ലേഔട്ട് സ്വയമേവ ഉണ്ടാക്കുക
});

// 5. ക്യാൻവാസ് കോൺടെക്സ്റ്റ് നേടുക
const canvas = document.getElementById('webgpu-canvas');
const context = canvas.getContext('webgpu');
context.configure({ device: device, format: 'bgra8unorm' }); // ഉദാഹരണ ഫോർമാറ്റ്

// 6. റെൻഡർ പാസ്
const render = () => {
  const commandEncoder = device.createCommandEncoder();
  const textureView = context.getCurrentTexture().createView();
  const renderPassDescriptor = {
    colorAttachments: [{
      view: textureView,
      clearValue: { r: 0.0, g: 0.0, b: 0.0, a: 1.0 }, // കറുപ്പ് നിറത്തിലേക്ക് ക്ലിയർ ചെയ്യുക
      loadOp: 'clear',
      storeOp: 'store'
    }]
  };

  const passEncoder = commandEncoder.beginRenderPass(renderPassDescriptor);
  passEncoder.setPipeline(renderPipeline);
  passEncoder.setVertexBuffer(0, vertexBuffer);
  passEncoder.draw(3, 1, 0, 0); // 3 വെർട്ടിസസ്, 1 ഇൻസ്റ്റൻസ്
  passEncoder.end();

  device.queue.submit([commandEncoder.finish()]);

  requestAnimationFrame(render);
};

render();

ഈ ഉദാഹരണം ഒരു ലളിതമായ ത്രികോണം റെൻഡർ ചെയ്യുന്നതിലെ അടിസ്ഥാന ഘട്ടങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. യഥാർത്ഥ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ ഷേഡറുകൾ, ഡാറ്റാ ഘടനകൾ, റെൻഡറിംഗ് ടെക്നിക്കുകൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടും. ഉദാഹരണത്തിലെ `bgra8unorm` ഫോർമാറ്റ് ഒരു സാധാരണ ഫോർമാറ്റാണ്, എന്നാൽ ശരിയായ റെൻഡറിംഗിനായി അത് നിങ്ങളുടെ ക്യാൻവാസ് ഫോർമാറ്റുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നുണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. നിങ്ങളുടെ പ്രത്യേക സാഹചര്യത്തിനനുസരിച്ച് ഇത് ക്രമീകരിക്കേണ്ടി വന്നേക്കാം.

WebGPU-വിലെ കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകൾ

വെബ്ജിപിയുവിലെ ഏറ്റവും ശക്തമായ സവിശേഷതകളിലൊന്ന് കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകൾക്കുള്ള പിന്തുണയാണ്. ജിപിയുവിൽ പൊതുവായ കമ്പ്യൂട്ടേഷനുകൾ നടത്താൻ കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകൾ നിങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് സമാന്തര പ്രോസസ്സിംഗിന് അനുയോജ്യമായ ജോലികൾക്ക് ഗണ്യമായ വേഗത നൽകും.

കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകളുടെ ഉപയോഗങ്ങൾ

• ഇമേജ് പ്രോസസ്സിംഗ്: ഫിൽട്ടറുകൾ പ്രയോഗിക്കുക, വർണ്ണ ക്രമീകരണങ്ങൾ നടത്തുക, ടെക്സ്ചറുകൾ നിർമ്മിക്കുക.
• ഫിസിക്സ് സിമുലേഷനുകൾ: കണികകളുടെ ചലനം കണക്കാക്കുക, ദ്രാവക ചലനങ്ങൾ അനുകരിക്കുക, സമവാക്യങ്ങൾ പരിഹരിക്കുക.
• മെഷീൻ ലേണിംഗ്: ന്യൂറൽ നെറ്റ്വർക്കുകളെ പരിശീലിപ്പിക്കുക, ഇൻഫറൻസ് നടത്തുക, ഡാറ്റ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുക.
• ഡാറ്റാ പ്രോസസ്സിംഗ്: വലിയ ഡാറ്റാസെറ്റുകൾ അടുക്കുക, ഫിൽട്ടർ ചെയ്യുക, രൂപാന്തരപ്പെടുത്തുക.

ഉദാഹരണം: ലളിതമായ കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡർ (രണ്ട് അറേകൾ കൂട്ടുന്നത്)

ഈ ഉദാഹരണം രണ്ട് അറേകൾ ഒരുമിച്ച് കൂട്ടുന്ന ഒരു ലളിതമായ കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡർ കാണിക്കുന്നു. രണ്ട് Float32Array ബഫറുകൾ ഇൻപുട്ടായി നൽകുന്നുണ്ടെന്നും ഫലങ്ങൾ സംഭരിക്കുന്നതിനായി മൂന്നാമതൊന്ന് ഉണ്ടെന്നും കരുതുക.

// WGSL ഷേഡർ
const computeShaderSource = `
  @group(0) @binding(0) var a: array;
  @group(0) @binding(1) var b: array;
  @group(0) @binding(2) var output: array;

  @compute @workgroup_size(64) // വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് സൈസ്: പ്രകടനത്തിന് നിർണ്ണായകം
  fn main(@builtin(global_invocation_id) global_id: vec3u) {
    let i = global_id.x;
    output[i] = a[i] + b[i];
  }
`;

// JavaScript കോഡ്
const arrayLength = 256; // ലളിതമാക്കാൻ ഇത് വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് സൈസിൻ്റെ ഗുണിതമായിരിക്കണം

// ഇൻപുട്ട് ബഫറുകൾ നിർമ്മിക്കുക
const array1 = new Float32Array(arrayLength);
const array2 = new Float32Array(arrayLength);
const result = new Float32Array(arrayLength);

for (let i = 0; i < arrayLength; i++) {
  array1[i] = Math.random();
  array2[i] = Math.random();
}

const gpuBuffer1 = device.createBuffer({
  size: array1.byteLength,
  usage: GPUBufferUsage.STORAGE | GPUBufferUsage.COPY_DST,
  mappedAtCreation: true
});
new Float32Array(gpuBuffer1.getMappedRange()).set(array1);
gpuBuffer1.unmap();

const gpuBuffer2 = device.createBuffer({
  size: array2.byteLength,
  usage: GPUBufferUsage.STORAGE | GPUBufferUsage.COPY_DST,
  mappedAtCreation: true
});
new Float32Array(gpuBuffer2.getMappedRange()).set(array2);
gpuBuffer2.unmap();

const gpuBufferResult = device.createBuffer({
  size: result.byteLength,
  usage: GPUBufferUsage.STORAGE | GPUBufferUsage.COPY_SRC,
  mappedAtCreation: false
});


const computeShaderModule = device.createShaderModule({ code: computeShaderSource });

const computePipeline = device.createComputePipeline({
  layout: 'auto',
  compute: {
    module: computeShaderModule,
    entryPoint: "main"
  }
});

// ബൈൻഡ് ഗ്രൂപ്പ് ലേഔട്ടും ബൈൻഡ് ഗ്രൂപ്പും നിർമ്മിക്കുക (ഷേഡറിലേക്ക് ഡാറ്റ കൈമാറുന്നതിന് പ്രധാനം)
const bindGroup = device.createBindGroup({
  layout: computePipeline.getBindGroupLayout(0), // പ്രധാനം: പൈപ്പ്ലൈനിൽ നിന്നുള്ള ലേഔട്ട് ഉപയോഗിക്കുക
  entries: [
    { binding: 0, resource: { buffer: gpuBuffer1 } },
    { binding: 1, resource: { buffer: gpuBuffer2 } },
    { binding: 2, resource: { buffer: gpuBufferResult } }
  ]
});

// കമ്പ്യൂട്ട് പാസ് ഡിസ്പാച്ച് ചെയ്യുക
const commandEncoder = device.createCommandEncoder();
const passEncoder = commandEncoder.beginComputePass();
passEncoder.setPipeline(computePipeline);
passEncoder.setBindGroup(0, bindGroup);
passEncoder.dispatchWorkgroups(arrayLength / 64); // വർക്ക് ഡിസ്പാച്ച് ചെയ്യുക
passEncoder.end();

// ഫലം വായിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ബഫറിലേക്ക് പകർത്തുക
const readBuffer = device.createBuffer({
  size: result.byteLength,
  usage: GPUBufferUsage.COPY_DST | GPUBufferUsage.MAP_READ
});

commandEncoder.copyBufferToBuffer(gpuBufferResult, 0, readBuffer, 0, result.byteLength);

// കമാൻഡുകൾ സമർപ്പിക്കുക
device.queue.submit([commandEncoder.finish()]);

// ഫലം വായിക്കുക
await readBuffer.mapAsync(GPUMapMode.READ);
const resultArray = new Float32Array(readBuffer.getMappedRange());

console.log("Result: ", resultArray);

readBuffer.unmap();

ഈ ഉദാഹരണത്തിൽ:

• രണ്ട് ഇൻപുട്ട് അറേകളിലെ ഘടകങ്ങൾ കൂട്ടി ഔട്ട്പുട്ട് അറേയിൽ ഫലം സംഭരിക്കുന്ന ഒരു WGSL കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡർ നമ്മൾ നിർവചിക്കുന്നു.
• ജിപിയുവിൽ മൂന്ന് സ്റ്റോറേജ് ബഫറുകൾ നമ്മൾ നിർമ്മിക്കുന്നു: രണ്ടെണ്ണം ഇൻപുട്ട് അറേകൾക്കും ഒരെണ്ണം ഔട്ട്പുട്ടിനും.
• കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറും അതിൻ്റെ എൻട്രി പോയിൻ്റും വ്യക്തമാക്കുന്ന ഒരു കമ്പ്യൂട്ട് പൈപ്പ്ലൈൻ നമ്മൾ നിർമ്മിക്കുന്നു.
• ഷേഡറിൻ്റെ ഇൻപുട്ട്, ഔട്ട്പുട്ട് വേരിയബിളുകളുമായി ബഫറുകളെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്ന ഒരു ബൈൻഡ് ഗ്രൂപ്പ് നമ്മൾ നിർമ്മിക്കുന്നു.
• നിർവ്വഹിക്കേണ്ട വർക്ക്ഗ്രൂപ്പുകളുടെ എണ്ണം വ്യക്തമാക്കി കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡർ ഡിസ്പാച്ച് ചെയ്യുന്നു. ശരിയായ നിർവ്വഹണത്തിനായി ഷേഡറിലെ `workgroup_size`-ഉം `dispatchWorkgroups` പാരാമീറ്ററുകളും പൊരുത്തപ്പെടണം. `arrayLength` എന്നത് `workgroup_size`-ൻ്റെ (ഈ ഉദാഹരണത്തിൽ 64) ഗുണിതമല്ലെങ്കിൽ, ഷേഡറിൽ എഡ്ജ് കേസുകൾ കൈകാര്യം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്.
• ഉദാഹരണം ജിപിയുവിൽ നിന്നുള്ള ഫല ബഫർ പരിശോധനയ്ക്കായി സിപിയുവിലേക്ക് പകർത്തുന്നു.

WGSL (WebGPU ഷേഡിംഗ് ലാംഗ്വേജ്)

വെബ്ജിപിയുവിനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഷേഡിംഗ് ഭാഷയാണ് ഡബ്ല്യുജിഎസ്എൽ (WGSL). വെബ്ജിഎൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഷേഡിംഗ് ഭാഷയായ ജിഎൽഎസ്എല്ലിനെ (GLSL) അപേക്ഷിച്ച് നിരവധി ഗുണങ്ങൾ നൽകുന്ന ആധുനികവും സുരക്ഷിതവും പ്രകടനക്ഷമവുമായ ഒരു ഭാഷയാണിത്:

• സുരക്ഷ: മെമ്മറി-സേഫ് ആയി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുള്ളതും സാധാരണ ഷേഡർ പിശകുകൾ തടയുന്നതുമാണ് WGSL.
• പ്രകടനക്ഷമത: WGSL വൈവിധ്യമാർന്ന ഡാറ്റാ തരങ്ങളെയും പ്രവർത്തനങ്ങളെയും പിന്തുണയ്ക്കുന്നു, ഇത് സങ്കീർണ്ണമായ ഷേഡർ ലോജിക്ക് സാധ്യമാക്കുന്നു.
• പോർട്ടബിലിറ്റി: WGSL വിവിധ ജിപിയു ആർക്കിടെക്ചറുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന തരത്തിലാണ് രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്.
• സംയോജനം: വെബ്ജിപിയു എപിഐയുമായി WGSL അടുത്ത ബന്ധം പുലർത്തുന്നു, ഇത് സുഗമമായ ഒരു ഡെവലപ്മെൻ്റ് അനുഭവം നൽകുന്നു.

WGSL-ൻ്റെ പ്രധാന സവിശേഷതകൾ

• സ്ട്രോങ്ങ് ടൈപ്പിംഗ്: WGSL ഒരു സ്ട്രോങ്ങ് ടൈപ്പ്ഡ് ഭാഷയാണ്, ഇത് പിശകുകൾ തടയാൻ സഹായിക്കുന്നു.
• വ്യക്തമായ മെമ്മറി മാനേജ്മെൻ്റ്: WGSL-ന് വ്യക്തമായ മെമ്മറി മാനേജ്മെൻ്റ് ആവശ്യമാണ്, ഇത് ഡെവലപ്പർമാർക്ക് ജിപിയു റിസോഴ്സുകളിൽ കൂടുതൽ നിയന്ത്രണം നൽകുന്നു.
• ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഫംഗ്ഷനുകൾ: സാധാരണ ഗ്രാഫിക്സ്, കമ്പ്യൂട്ട് പ്രവർത്തനങ്ങൾ നടത്തുന്നതിന് WGSL ഒരു കൂട്ടം ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഫംഗ്ഷനുകൾ നൽകുന്നു.
• കസ്റ്റം ഡാറ്റാ ഘടനകൾ: ഡാറ്റ സംഭരിക്കുന്നതിനും കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിനും കസ്റ്റം ഡാറ്റാ ഘടനകൾ നിർവചിക്കാൻ WGSL ഡെവലപ്പർമാരെ അനുവദിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം: WGSL ഫംഗ്ഷൻ

// WGSL ഫംഗ്ഷൻ
fn lerp(a: f32, b: f32, t: f32) -> f32 {
  return a + t * (b - a);
}

പ്രകടനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പരിഗണനകൾ

വെബ്ജിഎല്ലിനെ അപേക്ഷിച്ച് വെബ്ജിപിയു ഗണ്യമായ പ്രകടന മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ നൽകുന്നു, എന്നാൽ അതിൻ്റെ കഴിവുകൾ പൂർണ്ണമായി പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിന് നിങ്ങളുടെ കോഡ് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. പ്രധാനപ്പെട്ട ചില പ്രകടന പരിഗണനകൾ താഴെ നൽകുന്നു:

• സിപിയു-ജിപിയു ആശയവിനിമയം കുറയ്ക്കുക: സിപിയുവിനും ജിപിയുവിനും ഇടയിൽ കൈമാറുന്ന ഡാറ്റയുടെ അളവ് കുറയ്ക്കുക. ജിപിയുവിൽ ഡാറ്റ സംഭരിക്കുന്നതിന് ബഫറുകളും ടെക്സ്ചറുകളും ഉപയോഗിക്കുക, അടിക്കടിയുള്ള അപ്‌ഡേറ്റുകൾ ഒഴിവാക്കുക.
• ഷേഡറുകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുക: നിർദ്ദേശങ്ങളുടെയും മെമ്മറി ആക്‌സസ്സുകളുടെയും എണ്ണം കുറയ്ക്കുന്ന കാര്യക്ഷമമായ ഷേഡറുകൾ എഴുതുക. തടസ്സങ്ങൾ തിരിച്ചറിയാൻ പ്രൊഫൈലിംഗ് ടൂളുകൾ ഉപയോഗിക്കുക.
• ഇൻസ്റ്റൻസിംഗ് ഉപയോഗിക്കുക: ഒരേ ഒബ്ജക്റ്റിൻ്റെ ഒന്നിലധികം കോപ്പികൾ വ്യത്യസ്ത രൂപമാറ്റങ്ങളോടെ റെൻഡർ ചെയ്യാൻ ഇൻസ്റ്റൻസിംഗ് ഉപയോഗിക്കുക. ഇത് ഡ്രോ കോളുകളുടെ എണ്ണം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കും.
• ഡ്രോ കോളുകൾ ബാച്ച് ചെയ്യുക: ജിപിയുവിലേക്ക് കമാൻഡുകൾ സമർപ്പിക്കുന്നതിൻ്റെ ഓവർഹെഡ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഒന്നിലധികം ഡ്രോ കോളുകൾ ഒരുമിച്ച് ബാച്ച് ചെയ്യുക.
• അനുയോജ്യമായ ഡാറ്റാ ഫോർമാറ്റുകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുക: ജിപിയുവിന് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യാൻ കാര്യക്ഷമമായ ഡാറ്റാ ഫോർമാറ്റുകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുക. ഉദാഹരണത്തിന്, സാധ്യമെങ്കിൽ ഹാഫ്-പ്രിസിഷൻ ഫ്ലോട്ടിംഗ്-പോയിൻ്റ് നമ്പറുകൾ (f16) ഉപയോഗിക്കുക.
• വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് സൈസ് ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ: ശരിയായ വർക്ക്ഗ്രൂപ്പ് സൈസ് തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡർ പ്രകടനത്തിൽ വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. ടാർഗെറ്റ് ജിപിയു ആർക്കിടെക്ചറുമായി യോജിക്കുന്ന സൈസുകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുക.

ക്രോസ്-പ്ലാറ്റ്ഫോം ഡെവലപ്മെൻ്റ്

വെബ്ജിപിയു ക്രോസ്-പ്ലാറ്റ്ഫോം ആയി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുള്ളതാണെങ്കിലും, വ്യത്യസ്ത ബ്രൗസറുകൾക്കും ഓപ്പറേറ്റിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾക്കും ഇടയിൽ ചില വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്. ക്രോസ്-പ്ലാറ്റ്ഫോം ഡെവലപ്മെൻ്റിനുള്ള ചില നുറുങ്ങുകൾ താഴെ നൽകുന്നു:

• ഒന്നിലധികം ബ്രൗസറുകളിൽ പരീക്ഷിക്കുക: നിങ്ങളുടെ ആപ്ലിക്കേഷൻ ശരിയായി പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ വ്യത്യസ്ത ബ്രൗസറുകളിൽ പരീക്ഷിക്കുക.
• ഫീച്ചർ ഡിറ്റക്ഷൻ ഉപയോഗിക്കുക: നിർദ്ദിഷ്ട ഫീച്ചറുകളുടെ ലഭ്യത പരിശോധിക്കുന്നതിനും അതിനനുസരിച്ച് നിങ്ങളുടെ കോഡ് ക്രമീകരിക്കുന്നതിനും ഫീച്ചർ ഡിറ്റക്ഷൻ ഉപയോഗിക്കുക.
• ഡിവൈസ് പരിധികൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുക: വ്യത്യസ്ത ജിപിയുകളും ബ്രൗസറുകളും ഏർപ്പെടുത്തുന്ന ഡിവൈസ് പരിധികളെക്കുറിച്ച് അറിഞ്ഞിരിക്കുക. ഉദാഹരണത്തിന്, പരമാവധി ടെക്സ്ചർ സൈസ് വ്യത്യാസപ്പെടാം.
• ഒരു ക്രോസ്-പ്ലാറ്റ്ഫോം ഫ്രെയിംവർക്ക് ഉപയോഗിക്കുക: Babylon.js, Three.js, അല്ലെങ്കിൽ PixiJS പോലുള്ള ഒരു ക്രോസ്-പ്ലാറ്റ്ഫോം ഫ്രെയിംവർക്ക് ഉപയോഗിക്കുന്നത് പരിഗണിക്കുക, ഇത് വ്യത്യസ്ത പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകൾക്കിടയിലുള്ള വ്യത്യാസങ്ങൾ മറികടക്കാൻ സഹായിക്കും.

WebGPU ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ ഡീബഗ്ഗിംഗ് ചെയ്യൽ

വെബ്ജിപിയു ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ ഡീബഗ് ചെയ്യുന്നത് വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതാണ്, എന്നാൽ സഹായിക്കുന്ന നിരവധി ടൂളുകളും ടെക്നിക്കുകളും ഉണ്ട്:

• ബ്രൗസർ ഡെവലപ്പർ ടൂളുകൾ: ബഫറുകൾ, ടെക്സ്ചറുകൾ, ഷേഡറുകൾ തുടങ്ങിയ വെബ്ജിപിയു റിസോഴ്‌സുകൾ പരിശോധിക്കാൻ ബ്രൗസറിൻ്റെ ഡെവലപ്പർ ടൂളുകൾ ഉപയോഗിക്കുക.
• വെബ്ജിപിയു വാലിഡേഷൻ ലെയറുകൾ: ഔട്ട്-ഓഫ്-ബൗണ്ട്സ് മെമ്മറി ആക്സസ്, അസാധുവായ ഷേഡർ സിൻ്റാക്സ് തുടങ്ങിയ സാധാരണ പിശകുകൾ കണ്ടെത്താൻ വെബ്ജിപിയു വാലിഡേഷൻ ലെയറുകൾ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുക.
• ഗ്രാഫിക്സ് ഡീബഗ്ഗറുകൾ: നിങ്ങളുടെ കോഡിലൂടെ സ്റ്റെപ്പ് ചെയ്യാനും, ജിപിയു സ്റ്റേറ്റ് പരിശോധിക്കാനും, പ്രകടനം പ്രൊഫൈൽ ചെയ്യാനും RenderDoc അല്ലെങ്കിൽ NSight Graphics പോലുള്ള ഒരു ഗ്രാഫിക്സ് ഡീബഗ്ഗർ ഉപയോഗിക്കുക. ഈ ടൂളുകൾ പലപ്പോഴും ഷേഡർ നിർവ്വഹണത്തെയും മെമ്മറി ഉപയോഗത്തെയും കുറിച്ച് വിശദമായ ഉൾക്കാഴ്ചകൾ നൽകുന്നു.
• ലോഗിംഗ്: നിർവ്വഹണത്തിൻ്റെ ഒഴുക്കും വേരിയബിളുകളുടെ മൂല്യങ്ങളും ട്രാക്ക് ചെയ്യാൻ നിങ്ങളുടെ കോഡിൽ ലോഗിംഗ് സ്റ്റേറ്റ്മെൻ്റുകൾ ചേർക്കുക. എന്നിരുന്നാലും, അമിതമായ ലോഗിംഗ് പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കും, പ്രത്യേകിച്ചും ഷേഡറുകളിൽ.

നൂതന ടെക്നിക്കുകൾ

വെബ്ജിപിയുവിൻ്റെ അടിസ്ഥാനകാര്യങ്ങളെക്കുറിച്ച് നല്ല ധാരണ ലഭിച്ചുകഴിഞ്ഞാൽ, കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് കൂടുതൽ നൂതന ടെക്നിക്കുകൾ പരീക്ഷിക്കാവുന്നതാണ്.

• റെൻഡറിംഗുമായി കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡർ ഇൻ്റർഓപ്പ്: വിഷ്വലൈസേഷനായി പരമ്പരാഗത റെൻഡറിംഗ് പൈപ്പ്ലൈനുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഡാറ്റ മുൻകൂട്ടി പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിനോ ടെക്സ്ചറുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനോ കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകൾ സംയോജിപ്പിക്കുക.
• റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് (എക്സ്റ്റൻഷനുകളിലൂടെ): റിയലിസ്റ്റിക് ലൈറ്റിംഗും പ്രതിഫലനങ്ങളും സൃഷ്ടിക്കാൻ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് ഉപയോഗിക്കുക. വെബ്ജിപിയുവിൻ്റെ റേ ട്രെയ്‌സിംഗ് കഴിവുകൾ സാധാരണയായി ബ്രൗസർ എക്സ്റ്റൻഷനുകളിലൂടെയാണ് ലഭ്യമാക്കുന്നത്.
• ജിയോമെട്രി ഷേഡറുകൾ: ജിപിയുവിൽ പുതിയ ജിയോമെട്രി നിർമ്മിക്കാൻ ജിയോമെട്രി ഷേഡറുകൾ ഉപയോഗിക്കുക.
• ടെസ്സലേഷൻ ഷേഡറുകൾ: പ്രതലങ്ങൾ വിഭജിക്കാനും കൂടുതൽ വിശദമായ ജിയോമെട്രി സൃഷ്ടിക്കാനും ടെസ്സലേഷൻ ഷേഡറുകൾ ഉപയോഗിക്കുക.

WebGPU-ൻ്റെ യഥാർത്ഥ ലോക ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ

വെബ്ജിപിയു ഇതിനകം തന്നെ വിവിധ യഥാർത്ഥ ലോക ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്, അവയിൽ ചിലത്:

• ഗെയിമുകൾ: ബ്രൗസറിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള 3D ഗെയിമുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നു.
• ഡാറ്റാ വിഷ്വലൈസേഷൻ: വലിയ ഡാറ്റാസെറ്റുകൾ ഇൻ്ററാക്ടീവ് 3D പരിതസ്ഥിതികളിൽ ദൃശ്യവൽക്കരിക്കുന്നു.
• ശാസ്ത്രീയ സിമുലേഷനുകൾ: ദ്രാവക ചലനാത്മകത, കാലാവസ്ഥാ മോഡലുകൾ തുടങ്ങിയ സങ്കീർണ്ണമായ ഭൗതിക പ്രതിഭാസങ്ങളെ അനുകരിക്കുന്നു.
• മെഷീൻ ലേണിംഗ്: ബ്രൗസറിൽ മെഷീൻ ലേണിംഗ് മോഡലുകളെ പരിശീലിപ്പിക്കുകയും വിന്യസിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
• CAD/CAM: കമ്പ്യൂട്ടർ-എയ്ഡഡ് ഡിസൈൻ, മാനുഫാക്ചറിംഗ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു ജിയോഗ്രാഫിക്കൽ ഇൻഫർമേഷൻ സിസ്റ്റം (GIS) ആപ്ലിക്കേഷൻ പരിഗണിക്കുക. വെബ്ജിപിയു ഉപയോഗിച്ച്, ഒരു ജിഐഎസ്സിന് ഉയർന്ന റെസല്യൂഷനിൽ സങ്കീർണ്ണമായ 3D ഭൂപ്രദേശ മോഡലുകൾ റെൻഡർ ചെയ്യാനും വിവിധ ഉറവിടങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള തത്സമയ ഡാറ്റാ അപ്‌ഡേറ്റുകൾ ഉൾപ്പെടുത്താനും കഴിയും. നഗരാസൂത്രണം, ദുരന്തനിവാരണം, പാരിസ്ഥിതിക നിരീക്ഷണം എന്നിവയിൽ ഇത് പ്രത്യേകിച്ചും ഉപയോഗപ്രദമാണ്, ലോകമെമ്പാടുമുള്ള വിദഗ്ദ്ധർക്ക് അവരുടെ ഹാർഡ്‌വെയർ കഴിവുകൾ പരിഗണിക്കാതെ തന്നെ ഡാറ്റാ-സമ്പന്നമായ വിഷ്വലൈസേഷനുകളിൽ സഹകരിക്കാൻ ഇത് അനുവദിക്കുന്നു.

WebGPU-ൻ്റെ ഭാവി

വെബ്ജിപിയു താരതമ്യേന പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യയാണെങ്കിലും, വെബ് ഗ്രാഫിക്സിലും കമ്പ്യൂട്ടിംഗിലും വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കാൻ ഇതിന് കഴിവുണ്ട്. എപിഐ പക്വത പ്രാപിക്കുകയും കൂടുതൽ ബ്രൗസറുകൾ ഇത് സ്വീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നതോടെ, കൂടുതൽ നൂതനമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ ഉയർന്നുവരുമെന്ന് നമുക്ക് പ്രതീക്ഷിക്കാം.

വെബ്ജിപിയുവിലെ ഭാവിയിലെ വികാസങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടാവുന്നവ:

• മെച്ചപ്പെട്ട പ്രകടനം: എപിഐയുടെയും അടിസ്ഥാന ഇംപ്ലിമെൻ്റേഷനുകളുടെയും തുടർച്ചയായ ഒപ്റ്റിമൈസേഷനുകൾ പ്രകടനം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തും.
• പുതിയ സവിശേഷതകൾ: റേ ട്രെയ്‌സിംഗ്, മെഷ് ഷേഡറുകൾ തുടങ്ങിയ പുതിയ സവിശേഷതകൾ എപിഐയിലേക്ക് ചേർക്കും.
• വിശാലമായ സ്വീകാര്യത: ബ്രൗസറുകളും ഡെവലപ്പർമാരും വെബ്ജിപിയുവിനെ വ്യാപകമായി സ്വീകരിക്കുന്നത് ടൂളുകളുടെയും റിസോഴ്‌സുകളുടെയും ഒരു വലിയ ആവാസവ്യവസ്ഥയിലേക്ക് നയിക്കും.
• സ്റ്റാൻഡേർഡൈസേഷൻ: തുടർച്ചയായ സ്റ്റാൻഡേർഡൈസേഷൻ ശ്രമങ്ങൾ വെബ്ജിപിയു ഒരു സ്ഥിരതയുള്ളതും പോർട്ടബിളുമായ എപിഐ ആയി തുടരുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കും.

ഉപസംഹാരം

വെബ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി ജിപിയുവിൻ്റെ മുഴുവൻ കഴിവുകളും അൺലോക്ക് ചെയ്യുന്ന ഒരു ശക്തമായ പുതിയ എപിഐ ആണ് വെബ്ജിപിയു. ആധുനിക സവിശേഷതകൾ, മെച്ചപ്പെട്ട പ്രകടനം, കമ്പ്യൂട്ട് ഷേഡറുകൾക്കുള്ള പിന്തുണ എന്നിവ നൽകുന്നതിലൂടെ, വെബ്ജിപിയു ഡെവലപ്പർമാരെ അതിശയകരമായ ഗ്രാഫിക്സ് സൃഷ്ടിക്കാനും കമ്പ്യൂട്ട്-ഇൻ്റൻസീവ് ജോലികൾക്ക് വേഗത കൂട്ടാനും പ്രാപ്തരാക്കുന്നു. നിങ്ങൾ ഗെയിമുകൾ നിർമ്മിക്കുകയാണെങ്കിലും, ഡാറ്റാ വിഷ്വലൈസേഷനുകൾ ചെയ്യുകയാണെങ്കിലും, അല്ലെങ്കിൽ ശാസ്ത്രീയ സിമുലേഷനുകൾ നടത്തുകയാണെങ്കിലും, വെബ്ജിപിയു നിങ്ങൾ തീർച്ചയായും പരീക്ഷിക്കേണ്ട ഒരു സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്.

ഈ ആമുഖം നിങ്ങൾക്ക് ഒരു തുടക്കം നൽകും, എന്നാൽ വെബ്ജിപിയുവിൽ വൈദഗ്ദ്ധ്യം നേടുന്നതിന് തുടർച്ചയായ പഠനവും പരീക്ഷണവും അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. ഈ ആവേശകരമായ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ശക്തി പൂർണ്ണമായി പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഏറ്റവും പുതിയ സവിശേഷതകൾ, ഉദാഹരണങ്ങൾ, കമ്മ്യൂണിറ്റി ചർച്ചകൾ എന്നിവയുമായി അപ്‌ഡേറ്റായിരിക്കുക. വെബ്ജിപിയു സ്റ്റാൻഡേർഡ് അതിവേഗം വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ പുതിയ സവിശേഷതകൾ അവതരിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോഴും മികച്ച രീതികൾ ഉയർന്നുവരുമ്പോഴും നിങ്ങളുടെ കോഡ് പൊരുത്തപ്പെടുത്താൻ തയ്യാറാകുക.