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昇腾小AI

BroadCast

功能说明

将输入按照输出shape进行广播。

比如A的shape为(2,1),广播的目标shape为(2,16),则会将原来的一列扩展为相同的16列。

输入数据: 
[[ 1]
 [ 2]]
输出数据: 
[[ 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1]
 [ 2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2]]

实现原理

以float类型,ND格式,[m, 1]广播到[m, k]为例,描述BroadCast高阶API内部算法框图,如下图所示。

图1 BroadCast算法框图

计算过程分为如下几步,均在Vector上进行:

  1. brcb步骤:将每个元素广播为一个datablock
  2. Copy步骤:将每个datablock均复制为多个datablock,k对齐场景下即为结果y;
  3. 对于k非对齐的场景,再使用GatherMask截取[m, k]个元素, 其中k'表示k向上对齐32B的大小。

函数原型

  • 通过sharedTmpBuffer入参传入临时空间
    1
    2
    template <typename T, int32_t dim, int32_t axis, bool isReuseSource = false>
    __aicore__ inline void BroadCast(LocalTensor<T> &dstLocal, const LocalTensor<T> &srcLocal, const uint32_t dstShape[dim], const uint32_t srcShape[dim], LocalTensor<uint8_t> &sharedTmpBuffer)
    
  • 接口框架申请临时空间
    1
    2
    template <typename T, int32_t dim, int32_t axis, bool isReuseSource = false>
    __aicore__ inline void BroadCast(LocalTensor<T> &dstLocal, const LocalTensor<T> &srcLocal, const uint32_t dstShape[dim], const uint32_t srcShape[dim])
    

该接口需要额外的临时空间来存储计算过程中的中间变量。临时空间支持开发者通过sharedTmpBuffer入参传入接口框架申请两种方式。

  • 通过sharedTmpBuffer入参传入,使用该tensor作为临时空间进行处理,接口框架不再申请。该方式开发者可以自行管理sharedTmpBuffer内存空间,并在接口调用完成后,复用该部分内存,内存不会反复申请释放,灵活性较高,内存利用率也较高。
  • 接口框架申请临时空间,开发者无需申请,但是需要预留临时空间的大小。

通过sharedTmpBuffer传入的情况,开发者需要为tensor申请空间;接口框架申请的方式,开发者需要预留临时空间。临时空间大小BufferSize的获取方式如下:通过GetBroadCastMaxMinTmpSize中提供的接口获取需要预留空间范围的大小。

参数说明

表1 模板参数说明

接口

功能

T

数据类型: uint8_t/int8_t/half/float

dim

输入/输出tensor的维度,目前仅支持1维和2维

axis

要广播的维度,目前仅支持0和1

isReuseSource

是否允许修改源操作数。该参数预留,传入默认值false即可。

表2 接口参数说明

参数名

输入/输出

描述

dstTensor

输出

目的操作数。

类型为LocalTensor,支持的TPosition为VECIN/VECCALC/VECOUT。

Atlas推理系列产品AI Core,支持的数据类型为:uint8_t/int8_t/half/float

Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品,支持的数据类型为:uint8_t/int8_t/half/float

srcTensor

输入

源操作数。

源操作数的数据类型需要与目的操作数保持一致。

类型为LocalTensor,支持的TPosition为VECIN/VECCALC/VECOUT。

Atlas推理系列产品AI Core,支持的数据类型为:uint8_t/int8_t/half/float

Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品,支持的数据类型为:uint8_t/int8_t/half/float

dstShape

输入

输出tensor的shape:uint32_t类型的数组,长度为1或者2, 输入/输出的shape维度要一致。

srcShape

输入

输入tensor的shape:uint32_t类型的数组,长度为1或者2, 输入/输出的shape维度要一致。

sharedTmpBuffer

输入

临时缓存。

类型为LocalTensor,支持的TPosition为VECIN/VECCALC/VECOUT。

用于SwiGLU内部复杂计算时存储中间变量,由开发者提供。

临时空间大小BufferSize的获取方式请参考BroadCast Tiling

返回值

支持的型号

Atlas推理系列产品AI Core

Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品

约束说明

  • 操作数地址偏移对齐要求请参见通用约束
  • 不支持源操作数与目的操作数地址重叠。
  • 当前仅支持ND格式的输入,不支持其他格式。
  • dim目前仅支持1或者2, axis目前仅支持0或者1。
  • 对于Atlas推理系列产品AI Core,在dim=2,axis=1时,srcShape[0]32B对齐
  • 在dim=2,axis=0时,要求srchShape[1]32B对齐

调用示例

#include "kernel_operator.h"

template <typename T, int32_t dim, int32_t axis>
class KernelBroadCast {
public:
    __aicore__ inline KernelBroadCast()
    {}
    __aicore__ inline void Init(
        GM_ADDR srcGm, GM_ADDR dstGm, const uint32_t dstShape[dim], const uint32_t srcShape[dim])
    {
        for (uint32_t i = 0; i < dim; i++) {
            srcSize *= srcShape[i];
            dstSize *= dstShape[i];
        }
        srcGlobal.SetGlobalBuffer(reinterpret_cast<__gm__ T *>(srcGm), srcSize);
        dstGlobal.SetGlobalBuffer(reinterpret_cast<__gm__ T *>(dstGm), dstSize);

        pipe.InitBuffer(inQueueX, 1, srcSize * sizeof(T));
        pipe.InitBuffer(outQueue, 1, dstSize * sizeof(T));
        dstShape_ = dstShape;
        srcShape_ = srcShape;
    }
    __aicore__ inline void Process()
    {
        CopyIn();
        Compute();
        CopyOut();
    }

private:
    __aicore__ inline void CopyIn()
    {
        AscendC::LocalTensor<T> srcLocal = inQueueX.AllocTensor<T>();
        AscendC::DataCopy(srcLocal, srcGlobal, srcSize);
        inQueueX.EnQue(srcLocal);
    }
    __aicore__ inline void Compute()
    {
        AscendC::LocalTensor<T> dstLocal = outQueue.AllocTensor<T>();
        AscendC::LocalTensor<T> srcLocal = inQueueX.DeQue<T>();
        AscendC::BroadCast<T, dim, axis>(dstLocal, srcLocal, dstShape_, srcShape_);
        outQueue.EnQue<T>(dstLocal);
        inQueueX.FreeTensor(srcLocal);
    }
    __aicore__ inline void CopyOut()
    {
        AscendC::LocalTensor<T> dstLocal = outQueue.DeQue<T>();
        AscendC::DataCopy(dstGlobal, dstLocal, dstSize);
        outQueue.FreeTensor(dstLocal);
    }

private:
    AscendC::GlobalTensor<T> srcGlobal;
    AscendC::GlobalTensor<T> dstGlobal;

    AscendC::TPipe pipe;
    AscendC::TQue<AscendC::QuePosition::VECIN, 1> inQueueX;
    AscendC::TQue<AscendC::QuePosition::VECOUT, 1> outQueue;
    const uint32_t *dstShape_{nullptr};
    const uint32_t *srcShape_{nullptr};
    int32_t srcSize{1};
    int32_t dstSize{1};
};

template <typename T, int32_t dim, int32_t axis>
__aicore__ void kernel_broadcast_operator(
    GM_ADDR srcGm, GM_ADDR dstGm, const uint32_t dstShape[dim], const uint32_t srcShape[dim])
{
    KernelBroadCast<T, dim, axis> op;
    op.Init(srcGm, dstGm, dstShape, srcShape);
    op.Process();
}
结果示例如下:
输入数据(srcTensor): 
[[ 1]
 [ 2]
 [ 3]
 [ 4]
 [ 5]
 [ 6]
 [ 7]
 [ 8]
 [ 9]
 [10]
 [11]
 [12]
 [13]
 [14]
 [15]
 [16]]
输出数据(dstLocal): 
[[ 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1]
 [ 2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2]
 [ 3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3  3]
 [ 4  4  4  4  4  4  4  4  4  4  4  4  4  4  4  4]
 [ 5  5  5  5  5  5  5  5  5  5  5  5  5  5  5  5]
 [ 6  6  6  6  6  6  6  6  6  6  6  6  6  6  6  6]
 [ 7  7  7  7  7  7  7  7  7  7  7  7  7  7  7  7]
 [ 8  8  8  8  8  8  8  8  8  8  8  8  8  8  8  8]
 [ 9  9  9  9  9  9  9  9  9  9  9  9  9  9  9  9]
 [10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10]
 [11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11]
 [12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12]
 [13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13]
 [14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14]
 [15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15]
 [16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16]]
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