AI编译器系列(二)《AI 编译器中的前端优化》

目录

常用前端优化技术

[1. 图层优化概述](#1. 图层优化概述)

[2. 结构冗余与解决方法](#2. 结构冗余与解决方法)

[3. 读写冗余与解决方法](#3. 读写冗余与解决方法)

[4. 具体优化技术](#4. 具体优化技术)

模型优化案例分析

[1. 案例背景](#1. 案例背景)

[2. 优化策略](#2. 优化策略)

[CUDA Graph](#CUDA Graph)

[1. 传统串行任务提交模式的挑战](#1. 传统串行任务提交模式的挑战)

[2. CUDA Graph 革新性解决方案](#2. CUDA Graph 革新性解决方案)

[3. CUDA Graph 使用示例](#3. CUDA Graph 使用示例)

实践环节与代码展示

[1. 构建 ONNX 模型流程](#1. 构建 ONNX 模型流程)

[2. 优化技术代码示例](#2. 优化技术代码示例)

[3. 实践建议](#3. 实践建议)

总结


本节课主要讲述常用前端优化技术、模型优化案例分析、CUDA Graph 简介等内容。

常用前端优化技术

1. 图层优化概述
  • • 定义:将一种计算图结构,在算术结果不变的情况下,基于一系列预先写好的模板,对计算图进行相应的图替换操作。

  • • 计算图三要素:拓扑、张量、算子。

  • • 优化目标:解决结构冗余和读写冗余。

2. 结构冗余与解决方法
  • • 结构冗余:模型构建和执行中的无效计算节点或重复计算子图。

  • • 解决方法:常量折叠、节点消除、分支合并。

3. 读写冗余与解决方法
  • • 读写冗余:数据处理和传输中的重复读写。

  • • 解决方法:算子融合、布局转换。

4. 具体优化技术
  • 常量折叠和常量传播

    • • 定义:提前识别并折叠输入为常量的算子。

    • • 示例:传统编译器与 AI 编译器中的常量折叠对比。

  • 冗余节点消除

    • • 定义:删除计算图中无实质作用的节点。

    • • 类型:节点本身无意义、节点参数无意义、节点存在位置无意义、节点前后反义。

    • • 示例:死代码消除在传统编译器与 AI 编译器中的对比。

  • 算子融合

    • • 定义:将多个算子融合为一个算子以优化计算过程。

    • • 示例:Conv 与 BatchNorm 的融合。

  • 数据布局转换

    • • 定义:修改数据布局以减少访存耗时。

    • • 常见布局:NCHW 与 NHWC。

    • • 示例:Conv 算子在不同数据布局下的性能差异。

模型优化案例分析

1. 案例背景
  • • 模型性能分析:发现 Gather 操作耗时占比高。

  • • Gather 操作特性:根据 indices 值从 data 中取值,indices 无规律时性能损失大。

2. 优化策略
  • • 分析 Gather 操作逻辑:发现 indices 取值有一定规律性。

  • • 实现 NPU 上的对应算子:利用 NPU 并行性加速计算。

  • • 图替换操作:使用 Graph Surgeon 进行图替换。

CUDA Graph

1. 传统串行任务提交模式的挑战
  • • 内核启动延迟

  • • CPU-GPU 交互瓶颈

2. CUDA Graph 革新性解决方案
  • • 拓扑预定义:将计算流程编码为 DAG 流图,一次性提交整个计算图。

  • • 极低开销:通过 CUDA graph launch 触发 GPU 直接执行预编译指令序列。

  • • 局限性:对静态计算图的强依赖性。

3. CUDA Graph 使用示例
  • • 创建 CUDA Graph:定义数据结构,初始化空计算图。

  • • 捕获计算任务:显式构建或流式捕获计算节点。

  • • 实例化可执行图:创建实例化可执行图并提交执行。

实践环节与代码展示

1. 构建 ONNX 模型流程
2. 优化技术代码示例
  • • 常量折叠示例。

  • • 冗余节点消除示例(相反意义的 Transpose)。

  • • 算子融合示例(Conv 与 BatchNorm 融合)。

3. 实践建议
  • • 使用 ONNX Simplifier 进行模型优化。

  • • 利用 Netron 工具可视化 ONNX 模型。

总结

本节课梳理了常用前端优化技术,强调模型优化案例与 CUDA Graph 的重要性。下节课将介绍 AI 编译器后端优化技术,探讨更多实际模型优化案例。

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