算子分析

简介

本节以Add TBE算子和AI CPU算子开发为例进行算子分析，帮助读者快速掌握算子分析流程。MindSpore算子工程的Square TBE算子分析请读者自行完成。

TBE算子分析

使用TBE DSL方式开发Add算子前，我们需要确定算子功能、输入、输出，算子开发方式、算子类型以及算子实现函数名称等。

1. 明确算子的功能以及数学表达式。

   add算子的数学表达式为：

    z=x+y

   计算过程：将两个输入参数相加，得到最终结果z并将其返回。

2. 明确输入和输出。
   • add算子有两个输入：x与y，输出为z。
   • 本样例中算子的输入支持的数据类型为float16、float32、int32，算子输出的数据类型与输入数据类型相同。
   • 算子输入支持所有shape，输出shape与输入shape相同。
   • 算子输入支持的format为：NCHW,NC1HWC0,NHWC,ND。
3. 确定算子开发方式及使用的计算接口。
   1. 计算过程只涉及加法操作，初步分析可使用tbe.dsl.vadd(lhs, rhs)接口实现x+y，请查看《TBE自定义算子开发指南》。
   2. 由于tbe.dsl.vadd(lhs, rhs)接口要求两个输入tensor的shape需要相同，所以需要首先获取两个输入tensor中较大的shape值，然后调用tbe.dsl.broadcast(var, shape, output_dtype=None)接口将入参广播成指定的shape大小。
4. 明确算子实现文件名称、算子实现函数名称以及算子的类型（OpType）。

   算子命名规则如下：

   • 算子类型需要采用大驼峰的命名方式，即采用大写字符区分不同的语义。
   • 算子文件名称和算子函数名称，可选用以下任意一种命名规则：
     • 用户自定义，此时需要在算子信息定义中配置opFile.value与opInterface.value。
     • 不配置算子信息定义中opFile.value与opInterface.value，FE会将OpType按照如下方式进行转换后进行算子文件名和算子函数名的匹配。
       • 首字符的大写字符转换为小写字符。

         例如：Abc -> abc

       • 小写字符后的大写字符转换为下划线+小写字符。

         例如：AbcDef -> abc_def

       • 紧跟数字以及大写字符后的大写字符，作为同一语义字符串，查找此字符串后的第一个小写字符，并将此小写字符的前一个大写字符转换为下划线+小写字符，其余大写字符转换为小写字符。若此字符串后不存在小写字符，则直接将此字符串中的大写字符转换为小写字符。

         例如：ABCDef -> abc_def；Abc2DEf -> abc2d_ef；Abc2DEF -> abc2def；ABC2dEF -> abc2d_ef。

   因此本例中，算子类型定义为Add。算子的实现文件名称及实现函数名称将首字母转换小写字符，定义为add。

   通过以上分析，得到Add算子的设计规格如下：

   表1 Add算子设计规格

   算子类型（OpType）	Add
   算子输入	name：x1	shape：all	data type： float16、float32、 int32	format： NCHW,NC1HWC0,NHWC,ND
   	name：x2	shape：all	data type： float16、float32、 int32	format： NCHW,NC1HWC0,NHWC,ND
   算子输出	name：y	shape：all	data type： float16、float32、 int32	format： NCHW,NC1HWC0,NHWC,ND
   算子实现使用的主要DSL接口	tbe.dsl.broadcast(var, shape, output_dtype=None) tbe.dsl.vadd(lhs, rhs)
   算子实现文件/实现函数名称	add

AI CPU算子分析

使用AI CPU方式开发算子前，我们需要确定算子功能、输入、输出、算子类型以及算子实现函数名称等。

1. 明确算子的功能以及数学表达式。

   以Add算子为例，Add算子的数学表达式为：

    z=x+y

   计算过程是：将两个输入参数相加，得到最终结果z并将其返回。

2. 明确输入和输出。
   • 例如Add算子有两个输入：x与y，输出为z。
   • 本样例中算子的输入支持的数据类型为float16、float32、 int32，算子输出的数据类型与输入数据类型相同。
   • 算子输入支持所有shape，输出shape与输入shape相同。
   • 算子输入支持的format为：NCHW,NHWC,ND。
3. 明确算子实现文件名称以及算子的类型（OpType）。
   • 算子类型需要采用大驼峰的命名方式，即采用大写字符区分不同的语义。
   • 算子文件名称，可选用以下任意一种命名规则：

     建议将OpType按照如下方式进行转换，得到算子文件名称。

     转换规则如下：

     • 首字符的大写字符转换为小写字符。

       例如：Abc -> abc

     • 小写字符后的大写字符转换为下划线+小写字符。

       例如：AbcDef -> abc_def

     • 紧跟数字以及大写字符后的大写字符，作为同一语义字符串，查找此字符串后的第一个小写字符，并将此小写字符的前一个大写字符转换为下划线+小写字符，其余大写字符转换为小写字符。若此字符串后不存在小写字符，则直接将此字符串中的大写字符转换为小写字符。

       例如：ABCDef -> abc_def；Abc2DEf -> abc2d_ef；Abc2DEF -> abc2def；ABC2dEF -> abc2d_ef。

   因此本例中，算子类型定义为Add，算子的实现文件名称为add，因此各个交付件的名称建议命名如下：

   • 算子的代码实现（即kernel实现）文件命名为add_kernel.h与add_kernel.cc。
   • 插件实现文件命名为add_kernel_plugin.cc。
   • 原型定义文件命名为：add.h与add.cc。
   • 信息定义文件命名为add.ini。

   通过以上分析，得到Add算子的设计规格如下：

   表2 Add算子设计规格

   算子类型（OpType）	Add
   算子输入	name：x	shape：all	data type： float16、float32、 int32
   	name：y	shape：all	data type： float16、float32、 int32
   算子输出	name：z	shape：all	data type： float16、float32、 int32
   算子实现文件名称	add