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    WebGPU는 웹 브라우저에서 고성능 그래픽 렌더링을 가능하게 하는 차세대 API입니다. 이 글에서는 WebGPU 렌더링 파이프라인의 구조와 특징, 그리고 기존 WebGL과의 차이점을 분석합니다. 이를 통해 WebGPU가 웹 기반 그래픽스에 가져올 혁신과 미래 가능성을 살펴봅니다.

    WebGPU 개요

    WebGPU는 웹 브라우저에서 GPU의 강력한 성능을 활용할 수 있도록 설계된 새로운 웹 API입니다. 기존 WebGL의 한계를 극복하고, 현대적인 그래픽 하드웨어의 기능을 최대한 활용하여 더 빠르고 효율적인 렌더링을 제공하는 것을 목표로 합니다. WebGPU는 Vulkan, Metal, Direct3D 12와 같은 로우 레벨 그래픽 API에 기반하여 설계되었으며, 이를 통해 웹 개발자는 다양한 플랫폼에서 일관된 성능을 얻을 수 있습니다.

    렌더링 파이프라인 구조

    WebGPU 렌더링 파이프라인은 크게 세 부분으로 나눌 수 있습니다: Vertex Shader (버텍스 셰이더), Rasterization (래스터화), 그리고 Fragment Shader (프래그먼트 셰이더).

    • Vertex Shader: 정점 데이터를 변환하고 클리핑 공간으로 투영합니다. 각 정점에 대한 위치, 색상, 텍스처 좌표 등을 처리합니다.
    • Rasterization: 변환된 정점 데이터를 기반으로 화면상의 픽셀 조각(fragments)을 생성합니다. 이 과정에서 각 픽셀의 위치와 깊이 정보를 계산합니다.
    • Fragment Shader: 각 픽셀 조각에 대한 색상을 계산합니다. 텍스처 샘플링, 조명 계산, 기타 시각 효과 등을 적용합니다.
    WebGPU에서는 렌더링 파이프라인의 각 단계를 프로그래밍 방식으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 개발자는 더욱 정교하고 최적화된 렌더링 효과를 구현할 수 있습니다.

    셰이더 언어 (WGSL)

    WebGPU는 셰이더 작성을 위해 WGSL(WebGPU Shading Language)이라는 새로운 셰이더 언어를 사용합니다. WGSL은 Rust와 유사한 구문을 가지며, WebGPU의 특징과 기능을 최대한 활용할 수 있도록 설계되었습니다. WGSL은 타입 안정성을 강화하고 메모리 안전성을 보장하며, 다양한 데이터 타입과 제어 흐름을 지원합니다. 또한, WGSL은 모듈화된 구조를 통해 셰이더 코드를 재사용하고 관리하기 용이하게 합니다. WebGPU API를 통해 WGSL 코드를 컴파일하고 렌더링 파이프라인에 통합할 수 있습니다.

    자원 관리 및 바인딩

    WebGPU에서는 텍스처, 버퍼, 샘플러 등의 자원을 명시적으로 관리해야 합니다. 이러한 자원들은 Bind Group (바인드 그룹)을 통해 셰이더에 전달됩니다. Bind Group은 셰이더에서 사용할 자원들의 집합을 정의하며, 렌더링 파이프라인에 연결하여 셰이더가 자원에 접근할 수 있도록 합니다. WebGPU는 다양한 유형의 자원 바인딩을 지원하며, 개발자는 Bind Group Layout을 통해 자원 바인딩의 구조를 정의할 수 있습니다. 이를 통해 셰이더 코드와 자원 관리를 분리하고, 유연하고 효율적인 렌더링 파이프라인을 구축할 수 있습니다.

    명령 버퍼 및 실행

    WebGPU는 렌더링 명령을 직접 실행하는 대신, Command Buffer (명령 버퍼)에 명령을 기록하고, 이를 GPU에 제출하여 실행합니다. Command Buffer는 렌더링 명령, 버퍼 업데이트, 텍스처 복사 등 다양한 작업을 포함할 수 있습니다. WebGPU는 여러 개의 Command Buffer를 동시에 생성하고 관리할 수 있으며, 이를 통해 CPU와 GPU 간의 병렬 처리를 극대화할 수 있습니다. Command Encoder를 사용하여 Command Buffer에 명령을 기록하고, GPU 큐에 제출하여 실행합니다.

    WebGL과의 차이점

    WebGPU는 WebGL과 비교하여 여러 가지 중요한 차이점을 가집니다.

    • 성능: WebGPU는 로우 레벨 API에 기반하여 설계되었기 때문에, WebGL보다 훨씬 높은 성능을 제공합니다.
    • 제어: WebGPU는 렌더링 파이프라인에 대한 더 많은 제어 권한을 제공하며, 개발자는 렌더링 과정을 더욱 세밀하게 최적화할 수 있습니다.
    • API 디자인: WebGPU는 WebGL보다 더 명확하고 현대적인 API 디자인을 가지고 있으며, 개발자가 더 쉽게 배우고 사용할 수 있습니다.
    • 셰이더 언어: WebGPU는 WGSL이라는 새로운 셰이더 언어를 사용하며, WebGL의 GLSL ES보다 더 안전하고 효율적인 셰이더 코드를 작성할 수 있습니다.
    이러한 차이점들을 통해 WebGPU는 웹 기반 그래픽스 개발의 가능성을 크게 확장하고, 새로운 차원의 시각적 경험을 제공할 수 있습니다.