WebGPU vs WebGL:为什么行业正在转向新技术

Jan 30, 2026 · 2 min read

如果你曾使用 WebGL 或 Three.js 等库构建 3D 体验,你可能遇到过一些常见的瓶颈:尽管 GPU 利用率不足,CPU 却成为瓶颈;无法访问计算着色器;以及因设备而异的晦涩 GLSL 错误。WebGPU 直接解决了这些限制。它不是 WebGL 3.0——而是一个根本不同的 API 模型,围绕现代 GPU 的实际工作方式设计。

本文将解释在实践中重要的架构差异,WebGPU API 为你的渲染和计算工作流程带来的变化,以及如何评估项目采用时机。

核心要点

WebGPU 用显式的管线(pipeline)、绑定组(bind group)和命令缓冲区(command buffer)取代了 WebGL 的状态机模型——减少了错误并实现了更好的驱动优化。
WGSL 提供比 GLSL 更一致的着色器编译和更清晰的错误消息。
计算着色器解锁了在 WebGL 中受 CPU 限制的 GPU 并行工作负载(物理、粒子、AI 推理)。
Three.js 和 Babylon.js 等主流框架支持 WebGPU 后端,并自动回退到 WebGL。
对于有计算需求或 CPU 瓶颈的新项目,应评估 WebGPU;对于需要通用兼容性的项目,坚持使用 WebGL。

两种不同的 API 模型

WebGL 渲染遵循从 OpenGL ES 2.0 继承的状态机设计。你设置全局状态——绑定的纹理、活动着色器、混合模式——这些状态会持续存在,直到你改变它。这个模型在 2011 年是合理的,但在大规模应用中会产生问题:遗忘的状态更改会导致难以察觉的错误,单线程命令提交会成为 CPU 密集型场景的瓶颈。

WebGPU 采用了 Vulkan、Metal 和 Direct3D 12 使用的显式方法。你不再使用可变的全局状态,而是创建不可变的管线对象,预先封装所有渲染配置。资源被组织成绑定组,而不是单独绑定。命令被记录到命令缓冲区中,然后批量提交。

这种显式模型需要更多前期工作,但消除了整类错误。更重要的是,它使 GPU 驱动程序能够在不猜测你意图的情况下优化命令执行。

管线、绑定组和命令缓冲区

从 WebGL 到 WebGPU 的实际转变集中在三个概念上:

管线(Pipeline) 将着色器模块、顶点布局、混合状态和渲染目标捆绑成不可变对象。你在初始化期间创建管线,然后在渲染时引用它们。更改任何配置意味着创建新管线——这听起来开销很大,但能实现激进的驱动优化。

绑定组(Bind Group) 取代了 WebGL 的单独 uniform 和纹理绑定。你不再重复调用 gl.uniform* 和 gl.bindTexture,而是定义绑定组布局,创建匹配该布局的绑定组,然后通过单次调用交换整个组。这显著减少了每帧的 API 开销。

命令缓冲区(Command Buffer) 将命令记录与提交解耦。你可以在多个线程上记录命令,然后将完成的缓冲区提交到 GPU 队列。这就是 WebGPU 多线程潜力所在——尽管大多数框架用户不会直接与此交互。

WGSL 取代 GLSL

WebGPU 使用 WGSL(WebGPU 着色语言)而不是 GLSL。语法有所不同,但底层概念——顶点着色器、片段着色器、uniform、varying——仍然很熟悉。

有意义的变化是工具链。WGSL 是为 Web 的安全模型设计的,在不同设备上提供更一致的编译行为。错误消息包含源代码位置和可操作的描述,而不是 GLSL 经常产生的晦涩的供应商特定输出。

如果你使用 Three.js,TSL(Three.js 着色语言)抽象允许你用 JavaScript 编写着色器,这些着色器可以编译为 GLSL 和 WGSL,从而简化过渡。

计算着色器改变了可能性

WebGL 将 GPU 使用限制在图形方面。物理、粒子系统和程序化生成在 CPU 上运行,为计算密集型应用创建了性能上限。

WebGPU API 包含计算着色器——在 GPU 上运行任意并行计算的程序。在有利的情况下,像大型粒子系统这样在 CPU 上每帧需要数十毫秒的工作负载,使用 GPU 计算可以降至仅几毫秒。这同样适用于流体模拟、AI 推理和实时数据处理。

这不是渐进式改进。计算着色器使之前在 Web 图形中根本不可行的工作负载成为可能。

框架现实:WebGPU 后端与 WebGL 回退

大多数开发者不会编写原始的 WebGPU 代码。Three.js、Babylon.js、PlayCanvas 和 Unity 的 Web 导出都支持或正在添加 WebGPU 后端。典型模式是将 WebGPU 作为主渲染器,对不支持的浏览器自动回退到 WebGL。

Three.js 使这变得简单:

// WebGPU with automatic fallback
import * as THREE from 'three';
import WebGPURenderer from 'three/addons/renderers/webgpu/WebGPURenderer.js';

const renderer = new WebGPURenderer();
await renderer.init();

对于基本场景,这种切换立即生效。利用计算着色器或高级功能需要额外代码,但迁移路径是渐进的。

浏览器支持和现存差距

截至 2026 年 1 月,WebGPU 已在桌面平台的 Chrome、Edge 和 Opera 中发布。Safari 支持 WebGPU,并在 macOS 26(Tahoe)及更高版本上默认启用,而较旧的 macOS 版本需要功能标志。Firefox 在 Windows 和 macOS 26+ 上默认发布 WebGPU,其他平台仍在标志后面。移动端支持正在改善,但在不同设备和操作系统版本之间仍不均衡。请在 caniuse.com/webgpu 查看目标受众的当前状态。

WebGL 并未被弃用。对于需要通用兼容性或现有代码库运行良好的项目,它仍然是正确的选择。但新的图形和计算投资正流向 WebGPU——这是功能、优化和框架开发现在关注的重点。

何时转移

对于有 6 个月以上时间线、计算密集型工作负载或尽管 GPU 有余量但遇到 CPU 瓶颈的场景的新项目,应评估 WebGPU。对于今天需要通用浏览器支持的生产应用,或没有 WebGPU 能解决的特定性能问题的现有代码库,坚持使用 WebGL。

结论

从 WebGL 到 WebGPU 的过渡是渐进的,而非紧迫的。WebGPU 的显式 API 模型、计算着色器支持和改进的工具链代表了 Web 图形的重要进步——但 WebGL 在许多用例中仍然可行。现在理解 WebGPU 的架构模型,可以让你在项目受益于更低级别的 GPU 访问和并行计算能力时充分利用它。

常见问题

可以。大多数框架实现了自动回退,检测 WebGPU 支持并在不可用时回退到 WebGL。你也可以使用 navigator.gpu 手动检查 WebGPU 支持,并有条件地初始化适当的渲染器。这种方法让你可以立即发布,同时逐步采用 WebGPU 功能。

不一定。如果你使用带有 TSL 的 Three.js 等框架,你可以用 JavaScript 编写着色器,自动编译为 WGSL。但是,了解 WGSL 基础知识有助于调试或编写自定义着色器。语法与 GLSL 不同,但顶点和片段着色器的核心概念保持不变。

性能提升取决于你的工作负载。具有许多绘制调用的 CPU 密集型场景通常会从减少的 API 开销中看到显著改进。像粒子系统或物理模拟这样的计算密集型任务,通过转移到 GPU 计算着色器可以看到 10 倍或更大的速度提升。具有简单绘制调用的图形密集型场景可能看到的差异很小。

对于针对现代桌面浏览器的项目,WebGPU 已准备好用于生产,需要适当的回退。Chrome、Edge 和 Safari 有稳定的实现。移动端支持仍不均衡,Firefox 覆盖范围因平台而异。评估目标受众的浏览器分布,并实现 WebGL 回退以获得更广泛的兼容性。

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