Mandelbrot Deep Zoom v24.2.8 — Fixed96 True Sparse Queue Experiment

v24.2.8は、v24.2.7で数値バグを修正したFixed96実験を真のsparse GPU実行へ変更した診断版です。DS guarded passが危険pixel indexをGPU queueへcompactし、1-thread finalize passがqueue件数からindirect dispatchを生成、Fixed96 Q8.88 kernelはqueueに入ったpixelだけを処理します。guard→queue→indirect Fixed96の間にCPU readbackはありません。production routerはまだ変更していません。

数値backend

• Direct: WebGPU f32 direct iteration。
• Deep primary: BigInt reference orbit + WebGPU guarded rescaled f32 perturbation。
• Deep correction: primaryでFIELD_UNKNOWNになったpixelだけ、同じreferenceを用いるdouble-single perturbationで再評価。
• BLA: productionでは未搭載。旧f32量子化BLAでmembership反転を再現したため再導入していません。
• Multi-reference: v24.2開発中に全画面モデルを評価したが、追加referenceの生成/dispatchコストに対してUNKNOWN回収が小さかったためproductionから撤去しました。

Deep primaryはroundoff上界を追跡し、escape/bounded判定を安全に受理できないpixelをUNKNOWNにします。double-single correctionは表示品質回復用であり、任意精度membership証明ではありません。PNG sidecarのmembershipCertifiedは常にfalseです。

Direct / Deep router

単一のzoom閾値でdeepへ切り替えません。

1. pixel step / f32 ULP < 8ならdirect座標分解能が不足するためdeep必須。
2. 比率が128以上ならdirectを即採用。
3. 8以上128未満のoverlap帯では、本描画前に現在のview専用GPU probeを実行。
4. probeではactual full-resolution座標上の複数領域をdirectと「DS補正済みdeep」で比較。
5. deep側UNKNOWN率が0.5%以下、escape/bounded分類差0を満たした場合だけ速度比較へ進む。
6. reference生成時間を含めてもdeepがdirectより15%以上高速な場合だけdeepを採用。それ以外はdirect。

過去の同深度profileだけで現在viewをdeepへ振ることはありません。profileは診断/平滑化用で、backend選択には現在viewのquality probeを要求します。

Crossover benchmark

診断情報の Backend比較 から、現在のGPUで z0 / 2 / 4 / 6 / 8 / 10 / 12 / 14 / 16 / 20 / 30 / 40 を自動測定できます。

速度測定は全画面を反復実行しません。現在のview座標上の代表3タイル（最大256×144）を測定して ms/pixel を求め、現在のcanvas全体へ換算します。品質比較は別の5領域で実施します。これによりz12以降で全画面Deepを何度も実行してGPU queueが長時間塞がる問題を避けます。reference生成または1回のGPU測定が15秒を超えた場合は明示的に中断します。

比較するbackend:

• f32: 現行WebGPU標準。
• DS: experimental whole-frame double-single Direct。production routerには未接続。
• Deep warm: BigInt referenceをcache済みとしたDeep primary + DS correction。
• Deep cold: verified BigInt reference構築 + Deep warm。

結果の時間欄は代表tileからの全画面換算値です。画面表示に加えJSON保存できます。品質のBigInt oracle掃引結果は CROSSOVER_BENCHMARK.md と audit/v24-crossover-quality.json を参照してください。CPUモデルではSeahorse trackでf32がz6付近、DS Directがz10付近からmaterial degradationを示し、DSを中間backendとして試す価値があるという結果です。

Fixed96 Direct experiment

診断情報の Fixed96 Direct実験 から z6 / z8 / z10 / z12 を測定できます。DS Directで |dz/dc| を追跡し、1e11 / 1e12 / 1e13 / 1e14 の各risk thresholdを超えたpixelだけ、reference不要の96-bit符号付きQ8.88固定小数点Directで再評価します。

v24.2.8では補正対象をu32 pixel-index queueへcompactします。queue lengthからdispatchWorkgroupsIndirect()用の1D workgroup数をGPU内で生成し、Fixed96はqueued pixel数だけ実行します。従来の「全画面dispatchして非対象laneをreturn」は廃止しました。

実験システムは各GPU sampleで次をfail-closed検証します。

• selected == enqueued == dispatchCount == processed
• queue overflow = 0
• indirect workgroup数 = ceil(enqueued / 64)
• invalid/stale queue entry = 0
• corrected + remain == processed

1項目でも崩れれば測定値を採用せず実験をエラー停止します。結果表にはcorrectionと実際のdispatch率を別々に表示し、queue=okを確認できます。速度は代表3tileから全画面換算し、品質は5 spatial tilesでcorrected Full Deepと比較します。production routerへは未接続です。

単一ファイル起動

rootの index.html は gpu-kernels.js と script.js を内包した単一HTMLです。ZIP内のHTMLをOSが一時展開して開く場合でも、隣接JSファイルに依存しません。

Deep correction

primary deepでUNKNOWNが残った場合、通常/精細/Strictではsparse double-single correctionを1回実行します。KNOWN pixelはshader冒頭で即returnするため、数値反復はUNKNOWNだけです。省電力モードはUNKNOWNが一定量を超えた場合のみ補正します。

swirly-seahorses-z12の61×39 CPU Math.froundモデルでは:

• primary UNKNOWN: 478 / 2379
• primary false escape: 0
• primary false bounded: 0
• DS correction回収: 478 / 478
• correction後UNKNOWN: 0
• correction false escape / false bounded: 0 / 0

escape iterationは5 pixelでBigInt oracleと差があり、最大差374 iterationでした。このためDS correctionは「見た目と有限iterationの分類回復」であり、Validated相当の保証には使用しません。

UNKNOWN診断

内部metadataではUNKNOWN理由を分離しています。

• error-bound
• escape-uncertain
• reference-end
• rebase-gap
• range
• operation-limit

未補正UNKNOWNはinteriorの完全な黒と別色で表示され、診断欄に理由別件数が出ます。

Export

• 512×512 reusable GPU workspace。
• deep Exportでもprimary後にDS correctionを実行。
• 2×2 AAは各4 sampleをGPUで数値計算→補正→彩色し、GPU resolve後に1回だけreadback。
• 最終画像全体の巨大Canvasは作らず、scanline bandをCompressionStream('deflate')へ流すstreaming PNG。
• 16384px級の片辺をtile処理可能。
• sidecarにunresolvedSamplesを記録。

Fallback

WebGPUそのものが利用できない場合だけ軽量JavaScript f64 fallbackを使います。deep zoomはNumber underflow等で誤画像を出さず、「このズーム深度はWebGPUが必要です」と表示して停止します。shader/pipeline failureではCPU全画面rendererへ自動fallbackしません。

Build / test

npm test
npm run build

npm testには以下を含みます。

• WGSL reserved-word scan（9 shader。DS Direct / guarded DS / Fixed96 Direct correctionは実験専用）
• production source/tree contract
• BigInt reference Worker + P/P+64 checkpoint
• f32 direct CPU model
• view固有adaptive backend router policy
• guarded primary deep CPU model
• sparse double-single correction CPU model
• BLA disabled contract
• pixel/export geometry
• e400/e1000 exact coordinate formatting
• streaming PNG CRC/deflate/abort
• real-WebGPU acceptance harnessの静的contract

実GPU受入は tests/webgpu-acceptance.html をWebGPU対応ブラウザで開いて実行します。これはdirect/deep/DS/Fixed96 Direct shader compile、DS correction、Fixed96 smoke、dense既知反例、view-specific router、1×/2×2 Export readback、uncaptured WebGPU errorを検査します。

配布

npm run buildで以下を生成します。

• dist/standalone/
• dist/hosted/

dist/standalone/ は単一 index.html、dist/hosted/ は index.html, gpu-kernels.js, script.js です。root index.html も単一ファイルで、ZIPから展開してそのまま開けます。