torch_npu.npu_fused_infer_attention_score

功能描述

算子功能：适配增量&全量推理场景的FlashAttention算子，既可以支持全量计算场景（PromptFlashAttention），也可支持增量计算场景（IncreFlashAttention）。当Query矩阵的S为1，进入IncreFlashAttention分支，其余场景进入PromptFlashAttention分支。
计算公式：
$\text{[math]}$

接口原型

npu_fused_infer_attention_score(Tensor query, Tensor key, Tensor value, *, Tensor? pse_shift=None, Tensor? atten_mask=None, SymInt[]? actual_seq_lengths=None, SymInt[]? actual_seq_lengths_kv=None, Tensor? dequant_scale1=None, Tensor? quant_scale1=None, Tensor? dequant_scale2=None, Tensor? quant_scale2=None, Tensor? quant_offset2=None, Tensor? antiquant_scale=None, Tensor? antiquant_offset=None, Tensor? block_table=None, Tensor? query_padding_size=None, Tensor? kv_padding_size=None, Tensor? key_antiquant_scale=None, Tensor? key_antiquant_offset=None, Tensor? value_antiquant_scale=None, Tensor? value_antiquant_offset=None,  Tensor? key_shared_prefix=None, Tensor? value_shared_prefix=None, Tensor? actual_shared_prefix_len=None, int num_heads=1, float scale_value=1.0, int pre_tokens=2147483647, int next_tokens=2147483647, str input_layout="BSH", int num_key_value_heads=0, int sparse_mode=0, int inner_precise=0, int block_size=0, int antiquant_mode=0, bool softmax_lse_flag=False, int key_antiquant_mode=0, int value_antiquant_mode=0) -> (Tensor, Tensor)

参数说明

query（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，attention结构的Query输入，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、INT8，不支持非连续的Tensor，数据格式支持ND。
key（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，attention结构的Key输入，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、INT8，不支持非连续的Tensor，数据格式支持ND。
value（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，attention结构的Value输入，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、INT8，不支持非连续的Tensor，数据格式支持ND。
*：代表其之前的变量是位置相关，需要按照顺序输入，必选；之后的变量是键值对赋值的，位置无关，可选（不输入会使用默认值）。
pse_shift（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，在attention结构内部的位置编码参数，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16，数据类型与query的数据类型需满足数据类型推导规则。不支持非连续的Tensor，数据格式支持ND。如不使用该功能时可传入None。
- Q_S不为1，要求在pse_shift为FLOAT16类型时，此时的query为FLOAT16或INT8类型，而在pse_shift为BFLOAT16类型时，要求此时的query为BFLOAT16类型。输入shape类型需为（B,N,Q_S,KV_S）或（1,N,Q_S,KV_S），其中Q_S为query的shape中的S，KV_S为key和value的shape中的S。对于pse_shift的KV_S为非32对齐的场景，建议padding到32字节来提高性能，多余部分的填充值不做要求。
- Q_S为1，要求在pse_shift为FLOAT16类型时，此时的query为FLOAT16类型，而在pse_shift为BFLOAT16类型时，要求此时的query为BFLOAT16类型。输入shape类型需为（B,N,1,KV_S）或（1,N,1,KV_S），其中KV_S为key和value的shape中的S。对于pse_shift的KV_S为非32对齐的场景，建议padding到32字节来提高性能，多余部分的填充值不做要求。
atten_mask（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，对QK的结果进行mask，用于指示是否计算Token间的相关性，不支持非连续的Tensor，数据类型支持BOOL、INT8和UINT8。数据格式支持ND。如果不使用该功能可传入None。
- Q_S不为1时建议shape输入Q_S,KV_S;B,Q_S,KV_S;1,Q_S,KV_S;B,1,Q_S,KV_S;1,1,Q_S,KV_S。
- Q_S为1时建议shape输入B,KV_S;B,1,KV_S;B,1,1,KV_S。
其中Q_S为query的shape中的S，KV_S为key和value的shape中的S，但如果Q_S、KV_S非16或32对齐，可以向上取到对齐的S。综合约束请见约束说明。
actual_seq_lengths（IntArray*，计算输入）：Host侧的IntArray，代表不同Batch中query的有效Sequence Length，数据类型支持INT64。如果不指定seqlen可以转入None，表示和query的shape的s长度相同。限制：该入参中每个batch的有效Sequence Length应该不大于query中对应batch的Sequence Length，Q_S为1时该参数无效。seqlen的传入长度为1时，每个Batch使用相同seqlen；传入长度大于等于Batch数时取seqlen的前Batch个数。其它长度不支持。
actual_seq_lengths_kv（IntArray*，计算输入）：Host侧的IntArray，可传入nullptr，代表不同Batch中key/value的有效Sequence Length。数据类型支持INT64。如果不指定seqlen可以转入None，表示和key/value的shape的s长度相同。限制：该入参中每个batch的有效Sequence Length应该不大于key/value中对应batch的Sequence Length。seqlenKV的传入长度为1时，每个Batch使用相同seqlenKV；传入长度大于等于Batch数时取seqlenKV的前Batch个数。其它长度不支持。
dequant_scale1（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持UINT64、FLOAT32。数据格式支持ND（参考），表示BMM1后面的反量化因子，支持per-tensor。如不使用该功能时可传入nullptr。
quant_scale1（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持FLOAT32。数据格式支持ND（参考），表示BMM2前面的量化因子，支持per-tensor。如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
dequant_scale2（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持UINT64、FLOAT32。数据格式支持ND（参考），表示BMM2后面的反量化因子，支持per-tensor。如不使用该功能时可传入nullptr。
quant_scale2（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持FLOAT32、BFLOAT16。数据格式支持ND（参考），表示输出的量化因子，支持per-tensor，per-channel。当输入为BFLOAT16时，同时支持 FLOAT32和BFLOAT16 ，否则仅支持FLOAT32 。per-channel格式，当输出layout为BSH时，要求quant_scale2所有维度的乘积等于H；其他layout要求乘积等于N*D（建议输出layout为BSH时，quant_scale2shape传入[1,1,H]或[H]；输出为BNSD时，建议传入[1,N,1,D]或[N,D]；输出为BSND时，建议传入[1,1,N,D]或[N,D]）。如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
quant_offset2（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持FLOAT32、BFLOAT16。数据格式支持ND（参考），表示输出的量化偏移，支持per-tensor，per-channel。若传入 quant_offset2，需保证其类型和shape信息与quantScale2 一致。如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
antiquant_scale（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16。数据格式支持ND（参考），表示伪量化因子，支持per-tensor，per-channel，Q_S为1时只支持per-channel，Q_S大于等于2时只支持FLOAT16，如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
antiquant_offset（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16。数据格式支持ND（参考），表示伪量化偏移，支持per-tensor，per-channel，Q_S为1时只支持per-channel，Q_S大于等于2时只支持FLOAT16，如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
block_table（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持INT32。数据格式支持ND（参考）。表示PageAttention中KV存储使用的block映射表，如不使用该功能可传入None。
query_padding_size（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持INT64。数据格式支持ND（参考）。表示Query中每个batch的数据是否右对齐，且右对齐的个数是多少。仅支持Q_S大于1，其余场景该参数无效。用户不特意指定时可传入默认值None。
kv_padding_size（Tensor*，计算输入）：Device侧的Tensor，数据类型支持INT64。数据格式支持ND（参考）。表示key、value中每个batch的数据是否右对齐，且右对齐的个数是多少。表示key、value中每个batch的数据是否右对齐，且右对齐的个数是多少。用户不特意指定时可传入默认值None。
key_antiquant_scale（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，数据类型支持：FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT32。数据格式支持ND（参考），kv伪量化参数分离时表示key的反量化因子，支持per-tensor，per-channel，per-token。Q_S大于等于2时仅支持per-token模式，如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
key_antiquant_offset（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，数据类型支持：FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT32。数据格式支持ND（参考），kv伪量化参数分离时表示key的反量化偏移，支持per-tensor，per-channel，per-token。Q_S大于等于2时仅支持per-token模式，如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
value_antiquant_scale（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，数据类型支持：FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT32。数据格式支持ND（参考），kv伪量化参数分离时表示value的反量化因子，支持per-tensor，per-channel，per-token。Q_S大于等于2时仅支持per-token模式，如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
value_antiquant_offset（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，数据类型支持：FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT32。数据格式支持ND（参考），kv伪量化参数分离时表示value的反量化偏移，支持per-tensor，per-channel，per-token。Q_S大于等于2时仅支持per-token模式，如不使用该功能时可传入None，综合约束请见约束说明。
keySharedPrefixOptional（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，attention结构中Key的系统前缀部分的参数，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、INT8，不支持非连续的Tensor，数据格式支持ND。如不使用该功能时可传入nullptr。综合约束请见约束说明。
valueSharedPrefixOptional（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，attention结构中Value的系统前缀部分的输入，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、INT8，不支持非连续的Tensor，数据格式支持ND。如不使用该功能时可传入nullptr。综合约束请见约束说明。
actualSharedPrefixLenOptional（aclIntArray*，计算输入）：Host侧的aclIntArray，可传入nullptr，代表keySharedPrefix/valueSharedPrefix的有效Sequence Length。数据类型支持：INT64。如果不指定seqlen可以传入nullptr，表示和keySharedPrefix/valueSharedPrefix的s长度相同。限制：该入参中的有效Sequence Length应该不大于keySharedPrefix/valueSharedPrefix中的Sequence Length。
num_heads（int64_t，计算输入）：Host侧的int，代表query的head个数，数据类型支持INT64，在BNSD场景下，需要与shape中的query的N轴shape值相同，否则执行异常。
scale（double，计算输入）：Host侧的double，公式中d开根号的倒数，代表缩放系数，作为计算流中Muls的scalar值，数据类型支持DOUBLE。数据类型与query的数据类型需满足数据类型推导规则。用户不特意指定时可传入默认值1.0。
pre_tokens（int64_t，计算输入）：Host侧的int，用于稀疏计算，表示attention需要和前几个Token计算关联，数据类型支持INT64。用户不特意指定时可传入默认值2147483647，Q_S为1时该参数无效。
next_tokens（int64_t，计算输入）：Host侧的int，用于稀疏计算，表示attention需要和后几个Token计算关联。数据类型支持INT64。用户不特意指定时可传入默认值2147483647，Q_S为1时该参数无效。
input_layout（char*，计算输入）：Host侧的字符指针CHAR*，用于标识输入query、key、value的数据排布格式，当前支持BSH、BSND、BNSD、BNSD_BSND(输入为BNSD时，输出格式为BSND，仅支持Q_S大于1)。用户不特意指定时可传入默认值"BSH"。

query、key、value数据排布格式支持从多种维度解读，其中B（Batch）表示输入样本批量大小、S（Seq-Length）表示输入样本序列长度、H（Head-Size）表示隐藏层的大小、N（Head-Num）表示多头数、D（Head-Dim）表示隐藏层最小的单元尺寸，且满足D=H/N。

num_key_value_heads（int64_t，计算输入）：Host侧的int，代表key、value中head个数，用于支持GQA（Grouped-Query Attention，分组查询注意力）场景，数据类型支持INT64。用户不特意指定时可传入默认值0，表示key/value和query的head个数相等，需要满足num_heads整除num_key_value_heads，num_heads与num_key_value_heads的比值不能大于64。在BSND、BNSD、BNSD_BSND（仅支持Q_S大于1）场景下，还需要与shape中的key/value的N轴shape值相同，否则执行异常。
sparse_mode（int64_t，计算输入）：Host侧的int，表示sparse的模式。数据类型支持INT64。Q_S为1时该参数无效。
- sparse_mode为0时，代表defaultMask模式，如果atten_mask未传入则不做mask操作，忽略pre_tokens和next_tokens（内部赋值为INT_MAX）；如果传入，则需要传入完整的atten_mask矩阵（S1 * S2），表示pre_tokens和next_tokens之间的部分需要计算。
- sparse_mode为1时，代表allMask，必须传入完整的attenmask矩阵（S1 * S2）。
- sparse_mode为2时，代表leftUpCausal模式的mask，需要传入优化后的atten_mask矩阵（2048*2048）。
- sparse_mode为3时，代表rightDownCausal模式的mask，均对应以左顶点为划分的下三角场景，需要传入优化后的atten_mask矩阵（2048*2048）。
- sparse_mode为4时，代表band模式的mask，需要传入优化后的atten_mask矩阵（2048*2048）。
- sparse_mode为5、6、7、8时，分别代表prefix、global、dilated、block_local，均暂不支持。用户不特意指定时可传入默认值0。综合约束请见约束说明。
inner_precise（int64_t，计算输入）：Host侧的int，一共4种模式：0、1、2、3。一共两位bit位，第0位（bit0）表示高精度或者高性能选择，第1位（bit1）表示是否做行无效修正。数据类型支持INT64。Q_S>1时，sparse_mode为0或1，并传入用户自定义mask的情况下，建议开启行无效；Q_S为1时该参数仅支持innerPrecise为0和1。综合约束请见约束说明。
- inner_precise为0时，代表开启高精度模式，且不做行无效修正。
- inner_precise为1时，代表高性能模式，且不做行无效修正。
- inner_precise为2时，代表开启高精度模式，且做行无效修正。
- inner_precise为3时，代表高性能模式，且做行无效修正。
BFLOAT16和INT8不区分高精度和高性能，行无效修正对FLOAT16、BFLOAT16和INT8均生效。当前0、1为保留配置值，当计算过程中“参与计算的mask部分”存在某整行全为1的情况时，精度可能会有损失。此时可以尝试将该参数配置为2或3来使能行无效功能以提升精度，但是该配置会导致性能下降。

block_size（int64_t，计算输入）：Host侧的int64_t，PageAttention中KV存储每个block中最大的token个数，默认为0，数据类型支持INT64。
antiquant_mode（int64，计算输入）：伪量化的方式，传入0时表示为per-channel（per-channel包含per-tensor），传入1时表示per-token。Q_S大于等于2时该参数无效，用户不特意指定时可传入默认值0，传入0和1之外的其他值会执行异常。
softmax_lse_flag（bool，计算输入）：是否输出softmax_lse，支持S轴外切（增加输出）。true表示输出softmax_lse，false表示不输出；用户不特意指定时可传入默认值false。
key_antiquant_mode（int64，计算输入）：key的伪量化的方式。Q_S大于等于2时仅支持传入值为1，用户不特意指定时可传入默认值0，传入0、1、2、3和4之外的其他值会执行异常，取值需要与value_antiquant_mode一致。综合约束请见约束说明。
- key_antiquant_mode为0时，代表per-channel模式（per-channel包含per-tensor）。
- key_antiquant_mode为1时，代表per-token模式。
- key_antiquant_mode为2时，代表per-tensor叠加per-head模式。
- key_antiquant_mode为3时，代表per-token叠加per-head模式。
- key_antiquant_mode为4时，代表per-token叠加使用page attention模式管理scale、offset模式。
value_antiquant_mode（int64，计算输入）：value的伪量化的方式，模式编号与key_antiquant_mode一致。Q_S大于等于2时仅支持传入值为1，用户不特意指定时可传入默认值0，传入0、1、2、3和4之外的其他值会执行异常，取值需要与key_antiquant_mode一致。综合约束请见约束说明。

输出说明

attentionOut（Tensor*，计算输出）：Device侧的Tensor，公式中的输出，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、INT8。数据格式支持ND。限制：当input_layout为BNSD_BSND时，输入query的shape是BNSD，输出shape为BSND；其余情况该参数的shape需要与入参query的shape保持一致。
softmaxLse（Tensor*，计算输出）：ring attention算法对query乘key的结果，先取max得到softmax_max。query乘key的结果减去softmax_max，再取exp，最后取sum，得到softmax_sum，最后对softmax_sum取log，再加上softmax_max得到的结果。数据类型支持FLOAT32，softmax_lse_flag为True时，输出shape为[B,N,Q_S,1]的Tensor；softmax_lse_flag为False时，则输出shape为[1]的值为0的Tensor。

约束说明

该融合算子仅在推理场景使用。
该接口与PyTorch配合使用时，需要保证CANN相关包与PyTorch相关包的版本匹配。
入参为空的处理：算子内部需要判断参数query是否为空，如果是空则直接返回。参数query不为空Tensor，参数key、value为空tensor（即S2为0），则填充全零的对应shape的输出(填充attention_out)。attention_out为空Tensor时，AscendCLNN框架会处理。其余在上述参数说明中标注了"可传入nullptr"的入参为空指针时，不进行处理。
参数key、value中对应tensor的shape需要完全一致；非连续场景下 key、value的tensorlist中的batch只能为1，个数等于query的B，N和D需要相等。
int8量化相关入参数量与输入、输出数据格式的综合限制：
- 输入为INT8，输出为INT8的场景：入参dequant_scale1、quant_scale1、dequant_scale2、quant_scale2需要同时存在，quant_offset2可选，不传时默认为0。
- 输入为INT8，输出为FLOAT16的场景：入参dequant_scale1、quant_scale1、dequant_scale2需要同时存在，若存在入参quant_offset2或 quantScale2（即不为nullptr），则报错并返回。
- 输入全为FLOAT16或BFLOAT16，输出为INT8的场景：入参quant_scale2需存在，quant_offset2可选，不传时默认为0，若存在入参dequant_scale1或 quant_scale1或 dequant_scale2（即不为nullptr），则报错并返回。
- 入参 quant_offset2和 quant_scale2支持 per-tensor 或 per-channel 格式和 FLOAT32、BFLOAT16 两种数据类型。
antiquant_scale和antiquant_offset参数约束：
- 支持per-channel、per-tensor和per-token三种模式：
  - per-channel模式:两个参数BNSD场景下shape为(2, N, 1, D)，BSND场景下shape为(2, N, D)，BSH场景下shape为(2, H)，N为num_key_value_heads。参数数据类型和query数据类型相同，antiquant_mode置0。
  - per-tensor模式:两个参数的shape均为(2)，数据类型和query数据类型相同, antiquant_mode置0。
  - per-token模式:两个参数的shape均为(2, B, S), 数据类型固定为FLOAT32, antiquant_mode置1。
  算子运行在何种模式根据参数的shape进行判断，dim为1时运行per-tensor模式，否则运行per-channel模式。
- 支持对称量化和非对称量化：
  - 非对称量化模式下， antiquant_scale和antiquant_offset参数需同时存在。
  - 对称量化模式下，antiquant_offset可以为空（即nullptr）；当antiquant_offset参数为空时，执行对称量化，否则执行非对称量化。
当Q_S大于1时：
- query，key，value输入，功能使用限制如下：
  - 支持B轴小于等于65536，D轴32byte不对齐时仅支持到128。
  - 支持N轴小于等于256，支持D轴小于等于512；inputLayout为BSH或者BSND时，要求N*D小于65535。
  - S支持小于等于20971520（20M）。部分长序列场景下，如果计算量过大可能会导致pfa算子执行超时（aicore error类型报错，errorStr为:timeout or trap error），此场景下建议做S切分处理（注：这里计算量会受B、S、N、D等的影响，值越大计算量越大），典型的会超时的长序列（即B、S、N、D的乘积较大）场景包括但不限于：
    1. B=1,Q_N=20,Q_S=2097152,D = 256,KV_N=1,KV_S=2097152。
    2. B=1,Q_N=2,Q_S=20971520,D = 256,KV_N=2,KV_S=20971520。
    3. B=20,Q_N=1,Q_S=2097152,D = 256,KV_N=1,KV_S=2097152。
    4. B=1,Q_N=10,Q_S=2097152,D = 512,KV_N=1,KV_S=2097152。
  - query、key、value输入类型包含INT8时，D轴需要32对齐；输入类型全为FLOAT16、BFLOAT16时，D轴需16对齐。
- 参数sparse_mode当前仅支持值为0、1、2、3、4的场景，取其它值时会报错。
  - sparse_mode=0时，atten_mask如果为空指针，或者在左padding场景传入atten_mask，则忽略入参pre_tokens、next_tokens（内部赋值为INT_MAX）。
  - sparse_mode=2、3、4时，atten_mask的shape需要为S,S或1,S,S或1,1,S,S,其中S的值需要固定为2048，且需要用户保证传入的atten_mask为下三角，不传入atten_mask或者传入的shape不正确报错。
  - sparse_mode=1、2、3的场景忽略入参pre_tokens、next_tokens并按照相关规则赋值。
- kvCache反量化的合成参数场景仅支持INT8反量化到FLOAT16。入参key、value的datarange与入参antiquant_scale的datarange乘积范围在（-1,1）内，高性能模式可以保证精度，否则需要开启高精度模式来保证精度。
- page attention场景:
  - page attention的使能必要条件是blockTable存在且有效，同时key、value是按照blockTable中的索引在一片连续内存中排布，支持key、value dtype为FLOAT16/BFLOAT16/INT8，在该场景下key、value的inputLayout参数无效。blockTable中填充的是blockid，当前不会对blockid的合法性进行校验，需用户自行保证。
  - blockSize是用户自定义的参数，该参数的取值会影响page attention的性能，在使能page attention场景下，blockSize最小为128，最大为512，且要求是128的倍数。通常情况下，page attention可以提高吞吐量，但会带来性能上的下降。
  - page attention场景下，当输入kv cache排布格式为（blocknum, blocksize, H），且 KV_N * D 超过65535时，受硬件指令约束，会被拦截报错。可通过使能GQA（减小 KV_N）或调整kv cache排布格式为（blocknum, KV_N, blocksize, D）解决。当query的inputLayout为BNSD时，kv cache排布支持（blocknum, blocksize, H）和（blocknum, KV_N, blocksize, D）两种格式，当query的inputLayout为BSH、BSND时，kv cache排布只支持（blocknum, blocksize, H）一种格式。blocknum不能小于根据actualSeqLengthsKv和blockSize计算的每个batch的block数量之和。且key和value的shape需保证一致。
  - page attention不支持伪量化场景，不支持tensorlist场景，不支持左padding场景。
  - page attention场景下，必须传入actualSeqLengthsKv。
  - page attention场景下，blockTable必须为二维，第一维长度需等于B，第二维长度不能小于maxBlockNumPerSeq（maxBlockNumPerSeq为不同batch中最大actualSeqLengthsKv对应的block数量）。
  - page attention场景下，不支持输入query为int8的场景。
  - page attention使能场景下，以下场景输入KV_S需要大于等于maxBlockNumPerSeq * blockSize：
    - 传入attenMask时，如 mask shape为 (B, 1, Q_S, KV_S)。
    - 传入pseShift时，如 pseShift shape为(B, N, Q_S, KV_S)。
- query左padding场景：
  - query左padding场景query的搬运起点计算公式为：Q_S - query_padding_size- actual_seq_lengths。query的搬运终点计算公式为：Q_S - query_padding_size。其中query的搬运起点不能小于0，终点不能大于Q_S，否则结果将不符合预期。
  - query左padding场景kv_padding_size小于0时将被置为0。
  - query左padding场景需要与actual_seq_lengths参数一起使能，否则默认为query右padding场景。
  - query左padding场景不支持PageAttention，不能与blocktable参数一起使能。
- kv左padding场景：
  - kv左padding场景key和value的搬运起点计算公式为：KV_S - kv_padding_size- actual_seq_lengths_kv。key和value的搬运终点计算公式为：KV_S - kv_padding_size。其中key和value的搬运起点不能小于0，终点不能大于KV_S，否则结果将不符合预期。
  - kv左padding场景kv_padding_size小于0时将被置为0。
  - kv左padding场景需要与actual_seq_lengths_kv参数一起使能，否则默认为kv右padding场景。
  - kv左padding场景不支持PageAttention，不能与blocktable参数一起使能。
- 入参quant_scale2和quant_offset2支持per-tensor/per-channel 两种格式和FLOAT32/BFLOAT16 两种数据类型。若传入quant_offset2，需保证其类型和shape信息与quant_scale2一致。当输入为BFLOAT16时，同时支持FLOAT32和BFLOAT16 ，否则仅支持FLOAT32。per-channel 格式，当输出layout为BSH时，要求quant_scale2所有维度的乘积等于H；其他layout要求乘积等于N*D。（建议输出layout为BSH时，quant_scale2shape传入[1,1,H]或[H]；输出为BNSD时，建议传入[1,N,1,D]或[N,D]；输出为BSND时，建议传入[1,1,N,D]或[N,D]）。
- 输出为int8，quant_scale2和quant_offset2为per-channel 时，暂不支持左padding、Ring Attention或者D非32Byte对齐的场景。
- 输出为int8时，暂不支持sparse为band且preTokens/nextTokens为负数。
- pse_shift功能使用限制如下：
  - 支持query数据类型为FLOAT16或BFLOAT16或INT8场景下使用该功能。
  - query，key，value数据类型为FLOAT16且pse_shift存在时，强制走高精度模式，对应的限制继承自高精度模式的限制。
  - Q_S需大于等于query的S长度，KV_S需大于等于key的S长度。prefix场景KV_S需大于等于actualSharedPrefixLen与key的S长度之和。
- 输出为INT8，入参quant_offset2传入非空指针和非空tensor值，并且sparse_mode、pre_tokens和next_tokens满足以下条件，矩阵会存在某几行不参与计算的情况，导致计算结果误差，该场景会拦截：
  - sparse_mode= 0，atten_mask如果非空指针，每个batch actual_seq_lengths- actual_seq_lengths_kv-pre_tokens> 0 或 next_tokens< 0 时，满足拦截条件。
  - sparse_mode= 1 或 2，不会出现满足拦截条件的情况。
  - sparse_mode= 3，每个batch actual_seq_lengths_kv- actual_seq_lengths< 0，满足拦截条件。
  - sparse_mode= 4，preTokens < 0 或每个batch next_tokens+ actual_seq_lengths_kv- actual_seq_lengths< 0 时，满足拦截条件。
- prefix相关参数约束：
  - keySharedPrefix和valueSharedPrefix要么都为空，要么都不为空。
  - keySharedPrefix和valueSharedPrefix都不为空时，keySharedPrefix、valueSharedPrefix、key、value的维度相同、dtype保持一致。
  - keySharedPrefix和valueSharedPrefix都不为空时，keySharedPrefix的shape第一维batch必须为1，layout为BNSD和BSND情况下N、D轴要与key一致、BSH情况下H要与key一致，valueSharedPrefix同理。keySharedPrefix和valueSharedPrefix的S应相等。
  - 当actualSharedPrefixLen存在时，actualSharedPrefixLen的shape需要为[1]，值不能大于keySharedPrefix和valueSharedPrefix的S。
  - 公共前缀的S加上key或value的S的结果，要满足原先key或value的S的限制。
  - prefix不支持PageAttention场景、不支持左padding场景、不支持tensorlist场景。
  - prefix场景不支持query，key，value数据类型同时为int8。
  - prefix场景，sparse为0或1时，如果传入attenmask，则S2需大于等于actualSharedPrefixLen与key的S长度之和。
  - prefix场景，不支持输入qkv全部为int8的场景。
- kv伪量化参数分离：
  - keyAntiquantMode和valueAntiquantMode需要保持一致。
  - keyAntiquantScale和valueAntiquantScale要么都为空，要么都不为空；keyAntiquantOffset和valueAntiquantOffset要么都为空，要么都不为空。
  - KeyAntiquantScale和valueAntiquantScale都不为空时，其shape需要保持一致；keyAntiquantOffset和valueAntiquantOffset都不为空时，其shape需要保持一致。
  - 仅支持per-token模式，且该模式下要求两个参数的shape均为(B, S)，数据类型固定为FLOAT32。
  - 当伪量化参数和KV分离量化参数同时传入时，以KV分离量化参数为准。
  - keyAntiquantScale与valueAntiquantScale非空场景，要求query的s小于等于16。
  - keyAntiquantScale与valueAntiquantScale非空场景，要求query的dtype为BFLOAT16，key、value的dtype为INT8，输出的dtype为BFLOAT16。
  - keyAntiquantScale与valueAntiquantScale非空场景，不支持tensolist、左padding、page attention、prefix特性。
当Q_S等于1时：
- query，key，value输入，功能使用限制如下：
  - 支持B轴小于等于65536，支持N轴小于等于256，支持S轴小于等于262144，支持D轴小于等于512。
  - query、key、value输入类型均为INT8的场景暂不支持。
- page attention场景：
  - 使能必要条件是blocktable存在且有效，同时key、value是按照blocktable中的索引在一片连续内存中排布，支持key、value dtype为FLOAT16、BFLOAT16、INT8，在该场景下key、value的inputLayout参数无效。
  - 该场景下，blockSize是用户自定义的参数，该参数的取值会影响page attention的性能。key、value输入类型为FLOAT16、BFLOAT16时需要16对齐，key、value 输入类型为INT8时需要32对齐，推荐使用128。通常情况下，page attention可以提高吞吐量，但会带来性能上的下降。
  - 参数key、value各自对应tensor的shape所有维度相乘不能超过int32的表示范围。
- kv左padding场景：
  - kvCache的搬运起点计算公式为：Smax - kv_padding_size- actual_seq_lengths。kvCache的搬运终点计算公式为：Smax - kv_padding_size。其中kvCache的搬运起点或终点小于0时，返回数据结果为全0。
  - kv_padding_size小于0时将被置为0。
  - 使能需要同时存在actual_seq_lengths参数，否则默认为kv右padding场景。
- kv伪量化参数分离：
  - key_antiquant_mode和value_antiquant_mode取值需要保持一致。
  - key_antiquant_scale和value_antiquant_scale要么都为空，要么都不为空；key_antiquant_offset和value_antiquant_offset要么都为空，要么都不为空。
  - key_antiquant_scale和value_antiquant_scale都不为空时，其shape需要保持一致；key_antiquant_offset和value_antiquant_offset都不为空时，其shape需要保持一致。
  - 支持per-channel、per-tensor、per-token、per-tensor叠加per-head、per-token叠加per-head和per-token叠加使用page attention模式管理scale、offset六种模式，以下N均为numKeyValueHeads：
    - per-channel模式：两个参数的shape可支持(1, N, 1, D)，(1, N, D)，(1, H)。参数数据类型和query数据类型相同。
    - per-tensor模式：两个参数的shape均为(1)，数据类型和query数据类型相同。
    - per-token模式：两个参数的shape均为(1, B, S)，数据类型固定为FLOAT32。
    - per-tensor叠加per-head模式：两个参数的shape均为(N)，数据类型和query数据类型相同。
    - per-token叠加per-head模式：两个参数的shape均为(B, N, S)，数据类型固定为FLOAT32。
    - per-token叠加使用page attention模式管理scale、offset模式：两个参数的shape均为(blocknum, blocksize)，数据类型固定为FLOAT32。
- pse_shift功能使用限制如下：
  - pse_shift数据类型需与query数据类型保持一致。
  - 仅支持D轴对齐，即D轴可以被16整除。

支持的型号

Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品

调用示例

单算子调用

# 单算子调用方式
import torch
import torch_npu
import math
# 生成随机数据, 并发送到npu
q = torch.randn(1, 8, 164, 128, dtype=torch.float16).npu()
k = torch.randn(1, 8, 1024, 128, dtype=torch.float16).npu()
v = torch.randn(1, 8, 1024, 128, dtype=torch.float16).npu()
scale = 1/math.sqrt(128.0)
actseqlen = [164]
actseqlenkv = [1024]

# 调用FIA算子
out, _ = torch_npu.npu_fused_infer_attention_score(q, k, v, 
actual_seq_lengths = actseqlen, actual_seq_lengths_kv = actseqlenkv,
num_heads = 8, input_layout = "BNSD", scale = scale, pre_tokens=65535, next_tokens=65535)

# 执行上述代码的输出out类似如下
tensor([[[[ 0.0219,  0.0201,  0.0049,  ...,  0.0118, -0.0011, -0.0140],
        [ 0.0294,  0.0256, -0.0081,  ...,  0.0267,  0.0067, -0.0117],
        [ 0.0285,  0.0296,  0.0011,  ...,  0.0150,  0.0056, -0.0062],
        ...,
        [ 0.0177,  0.0194, -0.0060,  ...,  0.0226,  0.0029, -0.0039],
        [ 0.0180,  0.0186, -0.0067,  ...,  0.0204, -0.0045, -0.0164],
        [ 0.0176,  0.0288, -0.0091,  ...,  0.0304,  0.0033, -0.0173]]]],
        device='npu:0', dtype=torch.float16)

图模式调用

# 入图方式
import torch
import torch_npu
import math
import torchair as tng

from torchair.configs.compiler_config import CompilerConfig
import torch._dynamo
TORCHDYNAMO_VERBOSE=1
TORCH_LOGS="+dynamo"

# 支持入图的打印宏
import logging
from torchair.core.utils import logger
logger.setLevel(logging.DEBUG)
config = CompilerConfig()
config.debug.graph_dump.type = "pbtxt"
npu_backend = tng.get_npu_backend(compiler_config=config)
from torch.library import Library, impl

# 数据生成
q = torch.randn(1, 8, 164, 128, dtype=torch.float16).npu()
k = torch.randn(1, 8, 1024, 128, dtype=torch.float16).npu()
v = torch.randn(1, 8, 1024, 128, dtype=torch.float16).npu()
scale = 1/math.sqrt(128.0)

class Model(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
    def forward(self):
        return torch_npu.npu_fused_infer_attention_score(q, k, v, num_heads = 8, input_layout = "BNSD", scale=scale, pre_tokens=65535, next_tokens=65535)
def MetaInfershape():
    with torch.no_grad():
        model = Model()
        model = torch.compile(model, backend=npu_backend, dynamic=False, fullgraph=True)
        graph_output = model()
    single_op = torch_npu.npu_fused_infer_attention_score(q, k, v, num_heads = 8, input_layout = "BNSD", scale=scale, pre_tokens=65535, next_tokens=65535)
    print("single op output with mask:", single_op[0], single_op[0].shape)
    print("graph output with mask:", graph_output[0], graph_output[0].shape)
if __name__ == "__main__":
    MetaInfershape()

# 执行上述代码的输出类似如下
single op output with mask: tensor([[[[ 0.0219,  0.0201,  0.0049,  ...,  0.0118, -0.0011, -0.0140],
        [ 0.0294,  0.0256, -0.0081,  ...,  0.0267,  0.0067, -0.0117],
        [ 0.0285,  0.0296,  0.0011,  ...,  0.0150,  0.0056, -0.0062],
        ...,
        [ 0.0177,  0.0194, -0.0060,  ...,  0.0226,  0.0029, -0.0039],
        [ 0.0180,  0.0186, -0.0067,  ...,  0.0204, -0.0045, -0.0164],
        [ 0.0176,  0.0288, -0.0091,  ...,  0.0304,  0.0033, -0.0173]]]],
        device='npu:0', dtype=torch.float16) torch.Size([1, 8, 164, 128])

graph output with mask: tensor([[[[ 0.0219,  0.0201,  0.0049,  ...,  0.0118, -0.0011, -0.0140],
        [ 0.0294,  0.0256, -0.0081,  ...,  0.0267,  0.0067, -0.0117],
        [ 0.0285,  0.0296,  0.0011,  ...,  0.0150,  0.0056, -0.0062],
        ...,
        [ 0.0177,  0.0194, -0.0060,  ...,  0.0226,  0.0029, -0.0039],
        [ 0.0180,  0.0186, -0.0067,  ...,  0.0204, -0.0045, -0.0164],
        [ 0.0176,  0.0288, -0.0091,  ...,  0.0304,  0.0033, -0.0173]]]],
        device='npu:0', dtype=torch.float16) torch.Size([1, 8, 164, 128])

父主题： torch_npu