WGSL의 메모리 레이아웃

이 페이지는 현재 재작업 중입니다. 주제들을 좀 더 잘 이해하고 싶지만, 0.12 버전이 출시됨에 따라 현재까지 작업한 내용을 먼저 공개합니다.

정점(vertex) 및 인덱스(index) 버퍼의 정렬

정점 버퍼는 VertexBufferLayout을 정의해야 하므로, 메모리 정렬은 여러분이 WebGPU에 알려주는 값에 따라 결정됩니다. 이는 GPU의 메모리 사용량을 줄이는 데 매우 편리할 수 있습니다.

인덱스 버퍼는 RenderEncoder::set_index_buffer()에 전달하는 IndexFormat을 통해 지정한 기본 타입(primitive type)의 정렬을 사용합니다.

Uniform 및 Storage 버퍼의 정렬

GPU는 수천 개의 픽셀을 병렬로 처리하도록 설계되었습니다. 이를 달성하기 위해 몇 가지 절충이 필요했습니다. 그래픽 하드웨어는 처리하려는 모든 바이트가 2의 거듭제곱으로 정렬되는 것을 선호합니다. 이것이 왜 그런지에 대한 정확한 세부 사항은 제 지식 수준을 넘어서지만, 셰이더가 작동하지 않는 이유를 해결(troubleshoot)하기 위해 이를 아는 것이 중요합니다.

아래 표를 살펴보겠습니다.

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타입	정렬 (바이트)	크기 (바이트)
스칼라 (i32, u32, f32)	4	4
vec2<T>	8	8
vec3<T>	16	12
vec4<T>	16	16

vec3의 경우, 정렬 값이 크기(12)에서 다음 2의 거듭제곱인 16인 것을 볼 수 있습니다. 이것은 그다지 직관적이지 않기 때문에 초보자(심지어 베테랑)들을 당황하게 만들 수 있습니다. 이는 우리가 구조체를 배치하기 시작할 때 특히 중요해집니다. 조명 튜토리얼의 Light 구조체를 예로 들어보겠습니다.

WGSL 사양의 4.3.7.1절 (opens new window)에서 전체 정렬 테이블을 볼 수 있습니다.

struct Light {
    position: vec3<f32>,
    color: vec3<f32>,
}

그렇다면 이 구조체의 정렬 값은 얼마일까요? 아마 개별 필드의 정렬 값을 모두 더한 값이라고 생각할 수 있습니다. Rust의 세계라면 그럴 수 있겠지만, 셰이더의 세계에서는 조금 더 복잡합니다. 주어진 구조체의 정렬은 다음 방정식으로 계산됩니다.

// S는 해당 구조체
// M은 구조체의 멤버
AlignOf(S) = max(AlignOfMember(S, M1), ... , AlignOfMember(S, Mn))

기본적으로, 구조체의 정렬은 해당 구조체 멤버들의 정렬 값 중 가장 큰 값입니다. 즉, 다음과 같습니다.

AlignOf(Light) 
    = max(AlignOfMember(Light, position), AlignOfMember(Light, color))
    = max(16, 16)
    = 16

이것이 바로 LightUniform에 패딩 필드가 있는 이유입니다. 데이터가 올바르게 정렬되지 않으면 WGPU는 이를 받아들이지 않습니다.

정렬 문제 처리 방법

일반적으로 보게 될 최대 정렬 값은 16입니다. 이 경우, 다음과 같이 할 수 있을 것이라고 생각할 수도 있습니다.

#[repr(C, align(16))]
#[derive(Debug, Copy, Clone, bytemuck::Pod, bytemuck::Zeroable)]
struct LightUniform {
    position: [f32; 3],
    color: [f32; 3],
}

하지만 이것은 컴파일되지 않습니다. bytemuck 크레이트 (opens new window)는 암시적인 패딩 바이트가 있는 구조체에서는 작동하지 않습니다. Rust는 필드 사이의 메모리가 제대로 초기화되었음을 보장할 수 없습니다. 제가 이것을 시도했을 때 다음과 같은 오류가 발생했습니다.

error[E0512]: cannot transmute between types of different sizes, or dependently-sized types
   --> code/intermediate/tutorial10-lighting/src/main.rs:246:8
    |
246 | struct LightUniform {
    |        ^^^^^^^^^^^^
    |
    = note: 소스 타입: `LightUniform` (256 bits)
    = note: 타겟 타입: `_::{closure#0}::TypeWithoutPadding` (192 bits)

추가 자료

더 많은 정보를 찾고 있다면 @teoxoy가 작성한 글 (opens new window)을 확인해 보세요.