Matmul算子多核切K场景直调样例

概述

本样例介绍调用Matmul高阶API实现多核切K场景下的单算子。多核切K的应用场景为矩阵乘的M、N较小，不能在M、N方向开启多核，需要切K满足将切分后的矩阵分配到更多核上并行处理。

支持的产品

• Ascend 950PR/Ascend 950DT
• Atlas A3 训练系列产品/Atlas A3 推理系列产品
• Atlas A2 训练系列产品/Atlas A2 推理系列产品

目录结构介绍

├── matmul_splitk
│   └── scripts
│       ├── gen_data.py         // 输入数据和真值数据生成脚本文件
│       └── verify_result.py    // 真值对比文件
│   ├── CMakeLists.txt          // 编译工程文件
│   ├── data_utils.h            // 数据读入写出函数
│   └── matmul.asc              // Ascend C算子实现 & 调用样例

算子描述

• 算子功能：

  Matmul算子通过调用Matmul API开启多核切K的功能，对输入的A、B矩阵做矩阵乘和加Bias偏置。

• 算子规格：

  本样例默认执行的算子shape为：M = 16, N = 16, K = 1024。

  算子类型(OpType)	Matmul
  算子输入	name	shape	data type	format	isTrans
  	a	M * K	float16	ND	false
  	b	K * N	float16	ND	false
  	bias	N	float	ND	-
  算子输出	c	M * N	float	ND	-
  核函数名	matmul_custom

• 算子实现：

  • 约束条件

    • 使能多核切K的场景，获取C矩阵结果时仅支持输出到Global Memory。
    • 使能多核切K的场景，需在Kernel侧代码中首次将C矩阵分片的结果写入Global Memory之前，先清零Global Memory，随后在获取C矩阵分片的结果时，再开启AtomicAdd累加。 如果不预先清零Global Memory，可能会因为累加Global Memory中的原始无效数据而产生精度问题。
    • 使能多核切K的场景，不支持开启Bias。

  • Kernel实现

    • 计算逻辑：C = A * B
      • A、B为源操作数，A为左矩阵，形状为[M, K]；B为右矩阵，形状为[K, N]。
      • C为目的操作数，存放矩阵乘结果的矩阵，形状为[M, N]。
    • 具体步骤：
      • 创建Matmul对象。
      • 初始化操作。
      • 对C矩阵的输出Global Memory地址清零。

        Fill(cGlobal, tiling.M * tiling.N, (cType)0);
        

      • 设置左矩阵A、右矩阵B、Bias。
      • 开启AtomicAdd累加，完成矩阵乘操作。

        uint8_t enAtomic = 1; // set AtomicAdd
        matmulObj.IterateAll(cGlobal, enAtomic);
        

      • 结束矩阵乘操作。

  • Tiling实现

    • Ascend C提供一组Matmul Tiling API，方便用户获取Matmul kernel计算时所需的Tiling参数。只需要传入A/B/C矩阵等信息，并且使能多核切K，调用API接口，即可获取到TCubeTiling结构体中的相关参数。
    • 获取Tiling参数的流程如下：
      • 创建一个Tiling对象。
      • 设置A、B、C、Bias的参数类型信息；M、N、Ka、Kb形状信息等，调用EnableMultiCoreSplitK使能多核切K。

        cubeTiling->EnableMultiCoreSplitK(true);
        

      • 调用GetTiling接口，获取Tiling信息。

  • 调用实现
    使用内核调用符<<<>>>调用核函数。

编译运行

在本样例根目录下执行如下步骤，编译并执行算子。

• 配置环境变量
  请根据当前环境上CANN开发套件包的安装方式，选择对应配置环境变量的命令。

  • 默认路径，root用户安装CANN软件包

    source /usr/local/Ascend/cann/set_env.sh
    

  • 默认路径，非root用户安装CANN软件包

    source $HOME/Ascend/cann/set_env.sh
    

  • 指定路径install_path，安装CANN软件包

    source ${install_path}/cann/set_env.sh
    

• 样例执行

  mkdir -p build && cd build;   # 创建并进入build目录
  cmake ..;make -j;             # 编译工程
  python3 ../scripts/gen_data.py   # 生成测试输入数据
  ./demo                        # 执行编译生成的可执行程序，执行样例
  python3 ../scripts/verify_result.py output/output.bin output/golden.bin   # 验证输出结果是否正确，确认算法逻辑正确
  

  执行结果如下，说明精度对比成功。

  test pass!