Vulkan计算着色器中Dispatch、workGroups、invocation之间的关系

  在 Vulkan 里，计算着色器 (Compute Shader) 是一种专门用于并行计算的着色器阶段，不参与图形渲染管线。它的执行模型和传统的顶点着色器/片元着色器不同，更接近 GPU 并行计算（GPGPU） 的思想。要理解计算着色器的执行模型，必须搞清楚三个层次的关系：

• Dispatch

• Workgroups

• Invocations

1. Dispatch（任务分发）

        在CPU端,你通过调用：vkCmdDispatch(commandBuffer, groupCountX, groupCountY, groupCountZ);来告诉 GPU：我要启动一个大小为 (groupCountX, groupCountY, groupCountZ) 的三维网格。这个网格的每一个格子就是一个 Workgroup。

举例：vkCmdDispatch(cb, 3, 3, 1);表示要启动 3×3×1 = 9 个 Workgroup。可以把 Dispatch 想象成“学校”，它包含多个“班级（workgroup）”。

2. Workgroup（工作组）

Workgroup 是 Dispatch 中的基本单元。
每个 Workgroup 包含若干个 Invocation（线程），它们一起完成数据处理。Workgroup 内线程数（也叫 Local Size），是在着色器代码里定义的：

// 每个 workgroup 有 2×2×1 个线程

layout(local_size_x = 2, local_size_y = 2, local_size_z = 1) in;

• 每个 Workgroup 内的线程数量是固定的。

• 所有 Workgroup 的线程布局相同。

继续上面的例子，如果我们 Dispatch(3,3,1)，那么：

• Workgroup 总数 = 9

• 每个 Workgroup 线程数 = 2×2×1 = 4

• 总线程数 (Invocation 数量) = 9 × 4 = 36

可以把 Workgroup 想象成“班级”，它里面有多个“学生（invocation）”。

3. Invocation（调用 / 线程）

Invocation 就是 GPU 上真正运行的一个线程。
每个 Invocation 负责处理一小部分数据。

它有三个重要的内置 ID：

局部 ID

• ：gl_LocalInvocationID

  • 表示它在 Workgroup 内的坐标，例如 [0,0,0]、[1,0,0]。

• 工作组 ID：gl_WorkGroupID

  • 表示它所属的 Workgroup 在 Dispatch 网格中的坐标，例如 [2,2,0]。

• 全局 ID：gl_GlobalInvocationID

  • 全局唯一标识某个线程，计算公式是：

    gl_GlobalInvocationID = gl_WorkGroupID * local_size + gl_LocalInvocationID

例子：

• Dispatch(3,3,1)

• local_size = (2,2,1)

那么：

• Workgroup [0,0,0] 内的 [0,0,0] → Global ID [0,0,0]

• Workgroup [2,2,0] 内的 [1,1,0] → Global ID [5,5,0]

可以把 Invocation 想象成“学生”，他有班级编号（workgroup ID），也有学号（local ID），两者组合起来就是全校唯一的编号（global ID）。

总结一下：

• Dispatch：决定总共有多少个 Workgroup（CPU 下发任务）。

• Workgroup：Dispatch 的基本单元，每个 Workgroup 包含一组线程。

• Invocation：Workgroup 内的线程，真正执行计算。

可以想象一下学校 班级 学生的关系，加深记忆

• Dispatch = 学校

• Workgroup = 班级

• Invocation = 学生

而 GPU 在执行时，会同时让大量“学生”一起行动，每个人负责一小块任务。