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昇腾小AI

工具概述

msProf工具用于采集和分析运行在昇腾AI处理器上算子的关键性能指标,用户可根据输出的性能数据,快速定位算子的软、硬件性能瓶颈,提升算子性能的分析效率。

当前支持基于不同运行模式(上板或仿真)和不同文件形式(可执行文件或算子二进制.o文件)进行性能数据的采集和自动解析。

  • msProf工具的使用依赖CANN包中的msopprof可执行文件,该文件中的接口使用和msprof op一致,该文件为CANN包自带,无需单独安装。
  • msProf工具不支持多线程算子的检测。
  • msProf工具的仿真功能需要运行在0卡上。若修改可见卡号,则会导致仿真失败。
  • msProf工具的上板功能配置为--aic-metrics=TimelineDetail时, 会启用仿真功能。此时,若修改可见卡号,会导致上板和仿真都报错。

功能特性

算子调优工具使用请参考工具使用,通过MindStudio Insight展示计算内存热点图、指令流水图以及算子指令热点图等单算子调优能力,具体请参考表1

表1 msProf工具功能特性

功能

链接

计算内存热力图

计算内存热力图

Roofline分析图

Roofline分析图

指令流水图

指令流水图

算子代码热点图

算子代码热点图

通过键盘输入“CTRL+C”后,算子执行将会被停止,工具会根据当前已有信息生成性能数据文件。若不需要生成该文件,可再次键盘输入“CTRL+C”指令。

命令汇总

  • msprof op模式

    登录运行环境,需要先使用op参数开启算子上板调优,再使用msprof op 可选参数 app [arguments]格式调用,可选参数的具体情况请参考表2。具体命令示例如下:

    msprof op --output=/home/projects/output /home/projects/MyApp/out/main blockdim 1 // --output为可选参数,/home/projects/MyApp/out/main为使用的app,blockdim 1为用户app的可选参数 
    表2 msprof op可选参数表

    可选参数

    描述

    是否必选

    --application

    说明:

    当前与./app [arguments]兼容,后期将修改为./app [arguments]。

    建议使用msprof op ./app [arguments]进行拉取,其中app为指定的可执行文件,如果app未指定路径,默认为使用当前路径,[arguments]为app的参数。

    是,指定的可执行文件和--config二选一

    --config

    配置为输入算子编译得到的二进制文件*.o,可配置为绝对路径或者相对路径具体可参考msProf json配置文件说明

    说明:

    进行算子上板或者仿真调优之前,需要获取NPU侧可执行文件或算子二进制.o文件。

    --kernel-name

    指定要采集的算子名称,支持使用算子名前缀进行模糊匹配。如果不指定,则只对程序运行过程中调度的第一个算子进行采集。

    说明:
    • 需与--application配合使用,限制长度为1024,仅支持A-Za-z0-9_中的一个或多个字符。
    • 需要采集多个算子时,支持使用或符号"|"进行录入。例如,--kernel-name="add|abs"表示采集前缀为add和abs的算子。
    • 具体采集的算子数量由--launch-count参数值决定。

    --launch-count

    设置可以采集算子的最大数量,默认值为1,取值范围为1~100之间的整数。

    --launch-skip-before-match

    用于设置不需要采集数据的算子数量,从第一个算子开始到指定数目的算子不进行采集,仅对指定数目之后的算子开始采集。

    说明:
    • 无论--launch-skip-before-match参数是否命中kernel-name中指定的算子,该项的计数都会增加,且不采集该算子。
    • 此参数的取值范围为0~1000之间的整数。

    --aic-metrics

    使能算子性能指标的采集能力和算子采集能力指标。

    • 使能算子性能指标的采集能力(ArithmeticUtilization、L2Cache、Memory、MemoryL0、MemoryUB、PipeUtilization、ResourceConflictRatio和Default),可选其中的一项或多项性能指标,选多项时用英文逗号隔开,例如:--aic-metrics=Memory,MemoryL0

      默认使能Default,采集以下性能指标(ArithmeticUtilization、L2Cache、Memory、MemoryL0、MemoryUB、PipeUtilization、ResourceConflictRatio)。

    • 使能算子Kernel侧指定代码段范围内的性能指标采集(KernelScale)。

      KernelScale可对算子Kernel侧指定代码段范围进行调优。需先配置--aic-metrics=KernelScale,然后选其中的一项或多项算子性能指标,选多项时用英文逗号隔开,例如:--aic-metrics=KernelScale,Memory,MemoryL0

      默认选择全部算子性能指标进行采集,例如:--aic-metrics=KernelScale

      说明:
    • Roofline:使能生成Roofline分析图,并通过MindStudio Insight进行可视化呈现,例如:--aic-metrics=Roofline。具体请参见Roofline分析图
    • TimelineDetail:使能生成指令流水图和算子代码热点图,进行可视化呈现,例如:--aic-metrics=TimelineDetail。具体请参见指令流水图算子代码热点图
      说明:

      若要使能此功能,需要参考msprof op simulator配置进行配置。

    • Occupancy:使能生成核间负载分析图,并通过MindStudio Insight进行可视化呈现,例如:--aic-metrics=Occupancy。具体请参见核间负载分析图
      各物理核之间,会针对耗时、数据吞吐量及Cache命中率分别进行对比,若最大值和最小值的差距大于10%,则说明负载不均衡,命令行界面会给出相应的调优建议
      说明:

      Atlas A2训练系列产品支持该功能。

    --kill

    可选择on/off,默认为off,关闭该功能。

    若用户配置--kill=on使能该功能,用户程序将会在采集完--launch-count设置的算子数量后,自动停止程序。

    说明:
    • 配置--kill=on后,可能会出现因用户程序提前结束而引发的错误日志,用户需自行评估是否使用该功能。
    • 若用户程序为多进程,--kill参数的配置只对子进程生效。

    --mstx

    该参数决定算子调优工具是否使能用户代码程序中使用的mstx API。

    默认为off,表示关闭对mstx API的使能。

    若用户配置--mstx=on,算子调优工具将会使能用户代码程序中使用的mstx API。

    具体举例如下:

    msprof op --mstx=on ./add_custom
    说明:

    当前已支持mstx API中的mstxRangeStartA和mstxRangeEnd接口,功能为使能算子调优的指定区间,具体参数介绍请参见mstxRangeStartAmstxRangeEnd接口。

    --mstx-include

    该参数支持在算子调优工具使能mstx API的情况下,仅使能用户指定mstx API

    若不配置,则默认使能所有用户代码中使用的mstx API。

    若配置,--mstx-include只使能用户指定的mstx API。--mstx-include的输入为用户调用mstx函数时传入的message字符串,使用 | 拼接多个字符串。

    具体举例如下:

    --mstx=on --mstx-include="hello|hi" //仅使能用户传入mstx函数中message参数为hello和hi的mstx API
    说明:
    • 不可单独配置,需要与--mstx配合使用。
    • 仅支持message为A-Z a-z 0-9 _这些字符,使用"|"进行拼接。

    --replay-mode

    算子数据采集的重放模式,可配置为kernel或application,默认为kernel。

    • 若配置为application,则代表是应用级重放。
    • 若配置为kernel,则代表是核函数级重放。
    说明:

    多卡多算子的场景不支持配置为application。

    --output

    收集到的性能数据的存放路径,默认在当前目录下保存性能数据。

    --help

    输出帮助信息。

  • msprof op simulator模式

    登录运行环境,使用msprof op simulator开启算子仿真调优功能,并配合使用仿真可选参数和用户待调优程序(blockdim 1)进行调优,仿真可选参数请参考表3。具体命令示例如下:

    msprof op simulator --output=/home/projects/output /home/projects/MyApp/out/main blockdim 1   // --output为可选参数,/home/projects/MyApp/out/main为使用的app,blockdim 1为用户app的可选参数
    表3 msprof op simulator可选参数说明

    可选参数

    描述

    是否必选

    --application

    说明:

    当前与./app [arguments]兼容,后期将修改为./app [arguments]。

    建议使用msprof op simulator ./app [arguments]进行拉取,其中app为指定的可执行文件,如果app未指定路径,默认为使用当前路径,[arguments]为app的参数。

    是,指定的可执行文件、--config和--export三选一

    --config

    配置为算子编译得到的二进制文件*.o,可配置为绝对路径或者相对路径具体可参考msProf json配置文件说明

    说明:

    进行算子上板或者仿真调优之前,需要获取NPU侧可执行文件或算子二进制.o文件。

    • 可参考运行验证算子工程,获取NPU侧可执行文件ascendc_kernels_bbit,并从用户的可执行文件中提取*.o文件。
    • 可参考算子编译部署,算子编译时会自动生成*.o文件。

    --export

    指定包含单算子仿真结果文件夹,直接对该仿真结果进行解析,并通过MindStudio Insight展示单算子单核或多核的指令流水图。

    说明:
    • 该指定文件夹只允许存放多核数据及算子核函数文件aicore_binary.o,所以需要将--config中配置的二进制文件名称(*.o)手动修改为aicore_binary.o。
    • 若用户仅提供dump文件,则指令流水图中将无法生成代码行映射,如需查看代码行,则需要在dump中存放aicore_binary.o名称的算子核函数文件。

    --kernel-name

    指定要采集的算子名称,支持使用算子名前缀进行模糊匹配。如果不指定,则只对程序运行过程中调度的第一个算子进行采集。

    说明:
    • 需与--application配合使用,限制长度为1024,仅支持A-Za-z0-9_中的一个或多个字符。
    • 需要采集多个算子时,支持使用或符号"|"进行录入。例如,--kernel-name="add|abs"表示采集前缀为add和abs的算子。
    • 具体采集的算子数量由--launch-count参数值决定。

    --launch-count

    设置可以采集算子的最大数量,默认值为1,取值范围为1~100之间的整数。

    --aic-metrics

    使能算子性能指标采集。支持以下性能指标采集项,默认全部采集。

    • PipeUtilization
    • ResourceConflictRatio
    说明:
    • PipeUtilization为计算单元和搬运单元指令耗时占比,且为必选项。例如:--aic-metrics=PipeUtilization。
    • ResourceConflictRatio为资源冲突占比,支持展示SET_FLAG/WAIT_FLAG指令,且仅适用于Atlas A2训练系列产品
    • 当配置--aic-metrics=PipeUtilization时,关闭SET_FLAG,WAIT_FLAG指令。

    --mstx

    该参数决定算子调优工具是否使能用户代码程序中使用的mstx API。--mstx参数可选择on/off。默认为off,off表示关闭对mstx API的使能。

    若用户配置--mstx=on,算子调优工具将会使能用户代码程序中使用的mstx API。

    具体举例如下:

    msprof op simulator --mstx=on ./add_custom
    说明:

    当前已支持mstx API中的mstxRangeStartA和mstxRangeEnd接口,功能为使能算子调优的指定区间,具体参数介绍请参见mstxRangeStartAmstxRangeEnd接口。

    --mstx-include

    该参数支持在msProf工具使能用户指定mstx API。

    若不配置,则默认使能所有用户代码中使用的mstx API。

    若配置,--mstx-include仅使能用户指定的mstx API。--mstx-include的输入为用户调用mstx函数时传入的message字符串,多个字符串需使用"|"拼接。

    具体举例如下:

    --mstx=on --mstx-include="hello|hi" //仅使能用户传入mstx函数中message参数为hello和hi的mstx API
    说明:
    • 不可单独配置,需要与--mstx配合使用。
    • 仅支持message为A-Z a-z 0-9 _这些字符,使用"|"进行拼接。

    --soc-version

    用于在--application和--export模式下指定仿真器类型,选取范围可参考${INSTALL_DIR}/tools/simulator路径下的仿真器类型。

    说明:

    ${INSTALL_DIR}请替换为CANN软件安装后文件存储路径。例如,若安装的Ascend-cann-toolkit软件包,则安装后文件存储路径为:$HOME/Ascend/ascend-toolkit/latest。

    若不配置,需要使用LD_LIBRARY_PATH环境变量设置仿真器类型。
    export LD_LIBRARY_PATH=${INSTALL_DIR}/tools/simulator/Ascendxxxyy/lib:$LD_LIBRARY_PATH 

    --output

    收集到的性能数据的存放路径,默认在当前目录下保存性能数据。

    --help

    输出帮助信息。

msprof op分段调优原则

  1. 使用--launch-skip-before-match命令筛选算子调优范围,筛选原则如下:
    • 若已配置--launch-skip-before-match,从第一个算子开始到指定数目的算子不进行采集,仅对指定数目之后的算子开始采集。
    • 若未配置不进行筛选。
  2. 步骤一的基础上,使用--mstx命令筛选算子调优范围,筛选原则如下:
    • 若已配置--mstx,只采集mstxRangeStartA和mstxRangeEnd接口使能范围内的算子。
    • 若未配置,不进行筛选。
  3. 步骤二的基础上,使用--kernel-name命令筛选算子调优范围,筛选原则如下:
    • 若已配置--kernel-name,只采集--kernel-name范围内的算子。
    • 若未配置--kernel-name,则只对程序运行过程中调度的第一个算子进行采集。
  4. 步骤三的基础上,使用--aic-metrics命令筛选算子调优数据的采集项,筛选原则如下:
    • 若已配置--aic-metrics,选择算子性能指标的采集项。
    • 若未配置--aic-metrics,默认采集全部算子性能指标。
  5. 通过步骤一步骤四逐层过滤,可获得实际的调优算子数量以及性能指标的采集范围。
  6. 使能--kill=on功能的情况下,将实际调优的算子数量与--launch-count值进行对比,从而决定是否需要自动停止程序。

    若实际已调优算子数量小于等于--launch-count值,则继续执行。否则,实际已调优算子数量达到--launch-count设置的算子数值时,会自动停止程序。

调用场景

支持如下调用算子的场景:
  • Kernel直调:核函数运行验证的场景。
    • Kernel直调的场景,详细信息可参考Kernel直调
    • 可选:若算子已在上板运行模式下,但用户又需要在不重新编译的情况下,对其进行仿真调优,可通过以下操作步骤实现。
      • 在任意目录下,创建一个指向libruntime_camodel.so的软连接,名称为libruntime.so。
        ln -s /{simulator_path}/lib/libruntime_camodel.so /{so_path}/libruntime.so  //例如,若使用root用户默认路径安装CANN包,simulator_path为/usr/local/Ascend/ascend-toolkit/latest/tools/simulator/Ascendxxxyy
      • 将创建的软链接的父目录加入到环境变量LD_LIBRARY_PATH中。
        export LD_LIBRARY_PATH={so_path}:$LD_LIBRARY_PATH
  • AscendCL单算子调用:单算子API执行的场景。

    单算子API执行的场景,可参考单算子API调用

  • 第三方框架算子调用:Pytorch框架的场景。

    通过PyTorch框架进行单算子调用的场景,详细信息可参考PyTorch框架

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