为何GPU未对每个像素着色器调用都递增原子计数器？

相关博客中的以下片段着色器，会将原子计数器的值写入帧缓存像素：

#version 420 compatibility
layout(binding = 0, offset = 0) uniform atomic_uint ac;
void main(void)
{
  uint counter = atomicCounterIncrement(ac);
  float r = (counter/255) / 255.f;
  gl_FragColor = vec4(r, 0, 0, 1);
}

因为渲染的图像尺寸是256×256像素，计数器取值范围为0到65535（256×256-1），所以代码里做了两次除以255的操作：先通过整数除法把计数器值压缩到0-255区间，再除以255.f转换成0-1的浮点数，对应红色通道的颜色值。

在GTX460 GPU上的运行结果：

在HD6970 GPU上的运行结果：

从图中能看出，颜色越深的像素对应的计数器值越小。核心问题是：为什么原子计数器没有对每个像素的着色器调用都执行递增？

问题根源 #

这主要是由GPU的执行机制和优化策略导致的：

• Early-Z/Hi-Z 剔除优化：GPU会在执行像素着色器之前，先做Early-Z测试——判断当前片元是否会被遮挡（比如被前方几何体挡住、超出视锥体范围）。如果片元被判定为不可见，GPU会直接跳过该片元的着色器调用，自然不会执行atomicCounterIncrement，计数器也就不会递增。
• 片元合并与多采样优化：部分GPU驱动会对完全相同的片元做合并处理，或者在多采样抗锯齿（MSAA）场景下，多个采样点共享同一个着色器执行结果，这也会导致着色器调用次数少于像素总数，计数器递增次数随之减少。
• 内存可见性（次要原因）：虽然atomicCounterIncrement是原子操作，但如果没有配置正确的内存屏障，不同线程组之间的计数器值同步可能存在延迟，但这种情况更多表现为结果无序，而非计数缺失。

说白了，GPU不会为所有“理论上存在”的像素都运行一次着色器，只会为实际会出现在最终画面里的可见片元执行，这就导致计数器的递增次数不等于像素总数。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zebrafish