11-stream-out

第 11 篇：Stream-Out

原文：Part 11

一句话定位

Stream-Out（OpenGL 中常称 Transform Feedback）把顶点/几何阶段的输出直接写入缓冲，使流水线中间结果可被后续 draw 或 CPU/其他阶段复用。

数据路径

flowchart LR VS[VS 输出] --> GS[可选 GS] GS --> R[后续光栅化] VS -.无 GS 时也可.-> SO[Stream-Out] GS --> SO SO --> B[内存缓冲] B --> D[后续 Draw / 间接输入 / 读回]

在某些 API 表达中，SO 被画在 GS 之后；这不代表必须执行一个真正 GS。驱动/硬件可让 VS 输出直接进入 SO，只需满足 API 对输出布局和顺序的规定。

为什么它不只是一次普通 store

SO 要把 shader 输出属性按声明布局写入一个或多个目标缓冲，并维护当前写指针、stride、边界和统计。若 GS 输出数量可变，实际写入大小直到运行时才知道。硬件还要处理：

• 多 stream 或多 buffer 的分配；
• primitive 完整性，避免空间不足时写出半个图元；
• overflow 检测与查询统计；
• 与光栅化并行消费同一输出时的扇出；
• 后续把结果作为 vertex/index/indirect 数据读取时的可见性。

常见用途

• 缓存蒙皮或其他昂贵顶点变换结果；
• 粒子更新与几何反馈；
• 捕获流水线中间数据用于调试；
• 在早期 API/硬件上承担部分通用计算任务。

现代 compute 往往更灵活，但 SO 的顺序化输出和与图形流水线的直接连接仍有价值。

计数与间接执行

当输出数量由运行时决定，CPU 若先读回计数再发下一次 draw，会引入 GPU→CPU 同步停顿。更理想的路径是让 GPU 维护计数，并由后续间接 draw/dispatch 直接消费。读代码时要区分“数据缓冲”“写入计数/查询”“间接参数”是否为同一对象，以及它们之间插入何种 barrier。

术语对照

英文	中文理解	说明
Stream-Out	流输出	D3D 术语
Transform Feedback	变换反馈	OpenGL 近似对应概念
stream	输出流	GS 可将图元导向不同流
stride	步长	相邻输出记录间的字节距离
append counter	追加计数器	指示下一写入位置/输出数量
overflow	溢出	目标容量不足，需按 API 规则处理

面向 UMD/KMD 的阅读提示

• 找 SO declaration 如何从 shader 输出 location/component 映射到 buffer offset。
• 追踪 buffer 既作 SO target 又作 vertex source 时的 cache flush 与 hazard tracking。
• 查询结果通常是异步写入；CPU 读取前需要等待，GPU 间接消费则可能只需设备侧 barrier。
• KMD 负责 BO 与同步生命周期，不负责字段如何打包；字段布局属于 UMD/硬件 ABI。

自测与实验

• 为什么输出缓冲剩余空间不足一个完整 primitive 时，不能简单写到末尾为止？
• 用 CPU 读取 SO 计数再 draw，与 GPU indirect draw 相比，流水线停顿在哪里？
• 若同一 pass 同时光栅化并 stream-out，输出扇出会增加哪些带宽和缓冲压力？

本篇总结

Stream-Out 将“流水线内部记录”变成“有布局、有计数、有同步语义的内存数据”，是理解 GPU 生产者—消费者链路的好例子。