NormRopeConcat

产品支持情况

产品	是否支持
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	√
Atlas 200I/500 A2 推理产品	×
Atlas 推理系列产品	×
Atlas 训练系列产品	×

功能说明

算子功能:（多模态）transformer注意力机制中，针对query、key和Value实现归一化（Norm）、旋转位置编码（Rope）、特征拼接（Concat）：
- 归一化（Norm）当前支持层归一化（LayerNorm）、带仿射变换参数层归一化（AFFINE LayerNorm）、均方根归一化（RmsNorm）和带仿射变换参数均方根归一化（AFFINE RmsNorm）类型。
- 旋转位置编码（Rope）支持Interleave和Half类型。
- 特征拼接（Concat）支持在sequence维度上进行拼接，拼接有顺序区别。
计算公式（以Query（视频）和EncoderQuery（文本）为例）：
```
$$
```
hiddenState_q = \text{Norm}(query, normQueryWeight, normQueryBias, eps) \ hiddenState_{eq} = \text{Norm}(encoderQuery, normEncoderQueryWeight, normEncoderQueryBias, eps) \ concatedHiddenState = \text{Concat}(hiddenState_q, hiddenState_{eq}) \ transposedHiddenState = \text{Transpose}(concatedHiddenState, (0, 2, 1, 3)) \ hiddenState = \text{RoPE}(concatedHiddenState, ropeSin, ropeCos)
1. 输入输出布局如下：输入query的shape为(B, S, N, D)，输出hiddenState的shape为(B, N, S, D)，其中 B为batch，S为sequenceLen，N为headNum，D为headDim。
2. Norm有五种模式(normType)：NONE(0), LAYER_NORM(1), LAYER_NORM_AFFINE(2), RMS_NORM(3), RMS_NORM_AFFINE(4)，其中：当normType = NONE时：
  $hiddenState_q = query$
  当normType = LAYER_NORM时
  $queryMeanb,s,n=1D∑i=0Dqueryb,s,nqueryVarb,s,n=1D∑i=0D(query−queryMeanb,s,n)2queryRstdb,s,n=1queryVarb,s,n+ϵhiddenStateq=(query−queryMean)∗queryRstdqueryMean_{b,s,n} = \frac{1}{D}\sum_{i=0}^{D}query_{b,s,n} \\ queryVar_{b,s,n} = \frac{1}{D}\sum_{i=0}^{D}(query-queryMean_{b,s,n})^2 \\ queryRstd_{b,s,n}= \frac{1}{\sqrt{queryVar_{b,s,n}+\epsilon}} \\ hiddenState_q = (query-queryMean)*queryRstd$
  当normType = LAYER_NORM_AFFINE时，在上面的基础上
  $hiddenState_q = normQueryWeight*hiddenState_q + normQueryBias$
  当normType = RMS_NORM时：
  $\frac{1}{D}\sum_{i=0}^{D}(query_{b,s,n})^2 \\ queryRms = \frac{1}{\sqrt{queryMs+\epsilon}} \\ hiddenState_q = query * queryRms$
  当normType = RMS_NORM_AFFINE时，在上面的基础上
  $hiddenState_q = normQueryWeight*hiddenState_q$
3. Concat指在sequence维度上进行拼接，拼接有顺序区别(concatOrder)，当concatOrder=0时， $hiddenState_q$ 在 $hiddenState_{eq}$ 前，当concatOrder=1时， $hiddenState_q$ 在 $hiddenState_{eq}$ 后。
4. RoPE有三种模式(ropeType):NONE(0), INTERLEAVE(1), HALF(2)，其中当ropeType=NONE时直接输出不做变换，其余情况参考如下:
```
  def image_rotary_emb(hidden_states, rope_sin, rope_cos, mode=1):
      out = torch.empty_like(hidden_states)
      if mode == 1: # interleave
          x = hidden_states.view(*hidden_states.shape[:-1], -1, 2)
          x1, x2 = x[..., 0], x[..., 1]
          rotated_x = torch.stack([-x2, x1],dim=-1).flatten(3)
          out = hidden_states.float() * rope_cos + rotated_x.float()*rope_sin
          return out.type_as(hidden_states)
      else: # half
          x1, x2 = hidden_states.reshape(*hidden_states.shape[:-1], 2, -1).unbind(-2)
          rotated_x = torch.cat([-x2, x1],dim=-1)
          out = hidden_states.float() * rope_cos + rotated_x.float()*rope_sin
          return out.type_as(hidden_states)
```
5. RoPE的输入ropeSin的shape为(seqRope, D)，其中
$s e q R o p e < = m i n (s e q Q u e r y + s e q E n c o d e r Q u e r y, s e q K e y + s e q E n c o d e r K e y)$
1. 当场景为训练时，会输出queryMean, queryRstd, encoderQueryMean, encoderQueryRstd供后续反向使用。

参数说明

参数名	输入/输出/属性	描述	数据类型	数据格式
query	输入	表示注意力机制中的Query	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
key	输入	表示注意力机制中的Key	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
value	输入	表示注意力机制中的Value	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
encoderQuery	输入	表示注意力机制中的Query，来自EncoderHiddenState，可以为空指针	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
encoderKey	输入	表示注意力机制中的Key，来自EncoderHiddenState，可以为空指针	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
encoderValue	输入	表示注意力机制中的Value，来自EncoderHiddenState，可以为空指针	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normQueryWeight	输入	表示LayerNorm的仿射变换参数，作用在Query上	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normQueryBias	输入	表示LayerNorm的仿射变换参数，作用在Query上	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normKeyWeight	输入	表示LayerNorm的仿射变换参数，作用在Key上	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normKeyBias	输入	表示LayerNorm的仿射变换参数，作用在Key上	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normAddedQueryWeight	输入	表示LayerNorm的仿射变换参数，作用在encoderQuery上	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normAddedQueryBias	输入	表示LayerNorm的仿射变换参数，作用在encoderQuery上	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normAddedKeyWeight	输入	表示LayerNorm的仿射变换参数，作用在encoderKey上	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normAddedKeyBias	输入	表示LayerNorm的仿射变换参数，作用在encoderKey上	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
ropeSin	输入	表示RoPE的正弦编码	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
ropeCos	输入	表示RoPE的余弦编码	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normType	属性	表示作用在q，k上的正则化类型，0: 不做正则化，1: LayerNorm, 2: LayerNormAffine, 3: RmsNorm, 4: RmsNormAffine	int64	ND
normAddedType	属性	表示作用在encoderQuery，encoderKey上的正则化类型，0: 不做正则化，1: LayerNorm, 2: LayerNormAffine, 3: RmsNorm, 4: RmsNormAffine	int64	ND
ropeType	属性	表示RoPE的模式,int64类型，0: 不做RoPE，1: Interleave, 2: Half	int64	ND
concatOrder	属性	表示拼接的顺序,int64类型，0: query在前，1: query在后	int64	ND
eps	属性	表示正则化中的epsilon值	float32	ND
isTraining	属性	表示是否为训练阶段，决定是否输出反向使用的值	bool	ND
queryOutput	输出	表示注意力机制中的query输出	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
keyOutput	输出	表示注意力机制中的key输出	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
valueOutput	输出	表示注意力机制中的value输出	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND
normQueryMean	输出	LayerNorm中的query均值输出，用于反向	FLOAT	ND
normQueryRstd	输出	LayerNorm中的query标准差输出，用于反向	FLOAT	ND
normKeyMean	输出	LayerNorm中的key均值输出，用于反向	FLOAT	ND
normKeyRstd	输出	LayerNorm中的key标准差输出，用于反向	FLOAT	ND
normEncoderQueryMean	输出	LayerNorm中的encoderQuery均值输出，用于反向	FLOAT	ND
normEncoderQueryRstd	输出	LayerNorm中的encoderQuery标准差输出，用于反向	FLOAT	ND
normEncoderKeyMean	输出	LayerNorm中的encoderKey均值输出，用于反向	FLOAT	ND
normEncoderKeyRstd	输出	LayerNorm中的encoderKey标准差输出，用于反向	FLOAT	ND

约束说明

确定性计算：
- aclnnNormRopeConcat默认确定性实现。
query、key、value、encoderQuery、encoderKey、encoderValue数据类型需一致。
headDim长度在[1~1024]间，且为偶数。
seqRope长度大小在[1~Min(seqQuery+seqEncoderQuery, seqKey+seqEncoderKey)]之间。

调用说明

调用方式	调用样例	说明
aclnn调用	test_aclnn_norm_rope_concat.cpp	通过aclnnNormRopeConcat接口方式调用NormRopeConcat算子。