Vulkan多读写场景下RenderPass A/B/C的最大并行同步方案

问题背景 #

我们按顺序提交三个RenderPass：

• A：将图像I作为颜色附件写入；
• B：在片元着色器中采样读取I；
• C：在顶点着色器中采样读取I；
• B与C之间无任何依赖关系。

请问是否存在可行方案实现三者的最大并行？

已尝试的两种方案及问题 #

方案一：单屏障同步A与B、C #

在A和B之间插入屏障b1，参数如下：

b1.srcStage = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT
b1.dstStage = VK_PIPELINE_STAGE_VERTEX_SHADER_BIT
b1.srcAccess = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT
b1.dstAccess = VK_ACCESS_SHADER_READ_BIT
b1.srcLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL
b1.dstLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL

提交顺序：A → b1 → B → C

问题：虽然能保证A的写入对B、C的顶点阶段可见，但b1会强制B的顶点阶段等待A完全结束，浪费了并行空间。

方案二：拆分屏障但引入冗余依赖 #

将b1的dstStage改为VK_PIPELINE_STAGE_FRAGMENT_SHADER_BIT（记为b1'），仅同步A与B的片元阶段；为了让C的顶点阶段读到正确数据，在B和C之间插入屏障b2：

b2.srcStage = VK_PIPELINE_STAGE_FRAGMENT_SHADER_BIT
b2.dstStage = VK_PIPELINE_STAGE_VERTEX_SHADER_BIT
// B未修改I，仅用执行屏障同步

提交顺序：A → b1' → B → b2 → C

问题：允许B的顶点阶段与A并行，但b2毫无必要地让C的顶点阶段等待B的片元阶段，阻碍了B、C之间的并行。

最优并行方案：独立同步A到B、C，并行提交B和C #

存在最优方案，核心是只建立A到B、A到C的内存依赖，完全避免B和C之间的任何执行依赖，具体步骤：

1. 提交RenderPass A；
2. 插入一个覆盖所有需要读取I的阶段的内存屏障，将图像I的布局从COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL转换为SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL，确保A的写入对后续读操作可见：

   barrier.srcStage = VK_PIPELINE_STAGE_COLOR_ATTACHMENT_OUTPUT_BIT
   barrier.dstStage = VK_PIPELINE_STAGE_VERTEX_SHADER_BIT | VK_PIPELINE_STAGE_FRAGMENT_SHADER_BIT
   barrier.srcAccess = VK_ACCESS_COLOR_ATTACHMENT_WRITE_BIT
   barrier.dstAccess = VK_ACCESS_SHADER_READ_BIT
   barrier.srcLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_COLOR_ATTACHMENT_OPTIMAL
   barrier.dstLayout = VK_IMAGE_LAYOUT_SHADER_READ_ONLY_OPTIMAL
   

3. 并行提交RenderPass B和C（无需在两者间插入任何屏障）。

效果：这个屏障同时保证了B的片元阶段和C的顶点阶段能读到A写入的正确数据；由于B、C无依赖，并行提交后，它们的顶点阶段、片元阶段都能尽可能并行执行，包括B的顶点阶段与A的后期操作并行、C的顶点阶段与B的片元阶段并行，达到最大并行度。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者HandsonicV4 Lee