Work Graphs 快速入门¶

作者： Kostas Anagnostou
发布日期： 2024 年 6 月 29 日
原文链接： Interplay of Light

一、概述¶

Work Graphs（简称 WG）是 DirectX 12 在 2024 年新增的一项特性，由 NVIDIA 和 AMD 硬件同时支持。
它允许 GPU 自行生成produce与 消费consume任务，而无需再依赖 CPU 进行 Dispatch 调度。

作者通过一个三阶段的“阴影射线追踪”示例，演示了 Work Graph 的基本理念：

剔除所有背对光源的 tile。
对剩余 tile 执行 ray-march 深度检测。
对仍未命中的像素执行 ray-trace 查询 Acceleration Structure。

二、Work Graph 的核心概念¶

一个 Work Graph 由若干 节点（Node） 组成。每个节点：

从显存或上游节点接收输入数据；
执行自身的 Shader 逻辑；
将结果写入下游节点或显存。

当前仅支持以下 Shader 类型：

Compute Shader
Inline Raytracing Shader

未来 DX 版本计划加入更多 Shader 类型的支持（如 Mesh Shader 等）。

三、示例：三节点 Work Graph¶

Tile 分类节点（Tile Classifier）
检查 8×8 tile 内的所有像素是否都背向光源。
若全部背向，则直接写出“无阴影”标记；否则向下游输出 Tile 记录。
Ray-march 节点（Raymarcher）
读取 Tile 记录，对每个像素沿深度缓冲执行 ray-march。
命中即写入结果；未命中则输出给下一个节点。
Ray-trace 节点（Raytracer）
使用 Acceleration Structure 对剩余像素执行内联 ray tracing。

这三个节点按拓扑顺序串联，构成完整的 GPU 任务流。

四、节点定义示例¶

[Shader("node")]
[NodeLaunch("broadcasting")]
[NodeIsProgramEntry]
[NodeDispatchGrid(1, 1, 1)]
[numthreads(8, 8, 1)]
void ClassifyPixels_Node(
    in uint3 globalThreadID : SV_DispatchThreadID,
    in uint2 groupId : SV_GroupID,
    in uint groupThreadIndex : SV_GroupIndex,
    [MaxRecords(1)] NodeOutput<TileRecord> Shadows_Node
)

关键属性说明¶

属性	作用
NodeIsProgramEntry	指定该节点为 Work Graph 的入口节点。
NodeDispatchGrid	定义调度网格的大小（线程组数量）。
NodeLaunch	控制节点的执行粒度与线程共享方式。

五、Node Launch 模式¶

模式	描述	数据粒度
Broadcasting	线程组内所有线程共享同一输入记录，可使用 `groupshared` 内存。	按 Tile 或 Group 处理
Thread	每个线程拥有独立记录，不支持 `groupshared` 但可使用 Wave 指令。	按像素或线程处理
Coalescing	混合模式，由 GPU 自动批处理并部分共享数据。	自适应

六、执行模型¶

每个节点独立执行，并可在 GPU 内部触发下游节点；
节点的输出即下游节点的输入；
整个 Graph 调度通过 DispatchGraph 完成，取代传统的 ExecuteIndirect；
CPU 只需一次 Dispatch 调用，GPU 自行调度各节点。

七、优势¶

CPU 开销显著减少
无需频繁 Dispatch 与 Barrier 同步。
GPU 并行性更强
任务之间可细粒度连接与动态调度。
任务粒度可控
支持按线程、线程组或混合粒度灵活执行。

八、限制与注意事项¶

当前仅支持 Compute Shader 与 Inline Raytracing；
存在严格的 API 规则：
所有线程组内线程必须一致地调用 Get…Records()；
不允许在分支语句中有条件地创建记录；
调试与可视化工具仍在完善阶段，理解与排错较传统 Compute 更困难。

九、结语¶

Work Graphs 是 GPU 任务调度的重要革新，它让开发者能以图结构的形式构建完全由 GPU 驱动的渲染或计算流水线。
作者最后列出了一些官方与社区教程，供进一步深入学习。

译者注：本文翻译自 Kostas Anagnostou 发表于 2024 年 6 月 29 日 Interplay of Light 博客的《A Quick Introduction to Work Graphs》。