MatmulReduceScatterV2

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

• 接口功能: aclnnMatmulReduceScatterV2接口是对aclnnMatmulReduceScatter接口的功能扩展，在支持x1和x2输入类型为FLOAT16/BFLOAT16的基础上,

  • Ascend 950PR/Ascend 950DT：
    • 新增了对低精度数据类型FLOAT8_E4M3FN/FLOAT8_E5M2/HIFLOAT8的支持。支持pertensor、perblock、mx量化方式。
  • 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：
    • 新增了对低精度数据类型INT8的支持。支持pertoken/perchannel量化方式。

• 计算公式：

  • 情形1：如果x1和x2数据类型为FLOAT16/BFLOAT16时，对入参x1、x2、bias进行matmul计算后，进行ReduceScatter通信。

    $$output=ReduceScatter(x1@x2+bia{s}_{optional})$$

  • 情形2：如果x1和x2数据类型为FLOAT8_E4M3FN/FLOAT8_E5M2/HIFLOAT8的pertensor场景，或者x1和x2数据类型为INT8的perchannel、pertoken场景，且不输出amaxOut，入参x1、x2进行matmul计算和dequant计算后，进行ReduceScatter通信。

    $$output=ReduceScatter((x1Scale\ast x2Scale)\ast (x1@x2+bia{s}_{optional}))$$

  • 情形3：如果x1和x2数据类型为FLOAT8_E4M3FN/FLOAT8_E5M2/HIFLOAT8的perblock场景，且不输出amaxOut，当x1的shape为(m, k)、x2的shape为(k, n)时, x1Scale的shape为(ceildiv(m, 128), ceildiv(k, 128))、x2Scale的shape为(ceildiv(k, 128), ceildiv(n, 128))时，入参x1、x2进行matmul计算和dequant计算后，再进行ReduceScatter通信。

    $$output=ReduceScatter(\sum _0^{\lfloor \frac{k}{blockSize=128}\rfloor }(x{1}_{pr}@x{2}_{rq}\ast (x1Scal{e}_{pr}\ast x2Scal{e}_{rq})))$$

  • 情形4：如果x1和x2数据类型为FLOAT8_E4M3FN/FLOAT8_E5M2的mx量化场景，且不输出amaxOut，当x1的shape为(m, k)、x2的shape为(n, k)时, x1Scale的shape为(m, ceildiv(k, 64), 2)、x2Scale的shape为(n, ceildiv(k, 64), 2)时，入参x1、x2进行matmul计算和dequant计算后，再进行ReduceScatter通信。mx量化仅支持x2、x2Scale转置场景。

    $$output=ReduceScatter(\sum _0^{\lfloor \frac{k}{blockSize=32}\rfloor }(x{1}_{pr}@x{2}_{rq}\ast (x1Scal{e}_{pr}\ast x2Scal{e}_{rq})))$$

函数原型

每个算子分为两段式接口，必须先调用aclnnMatmulReduceScatterV2GetWorkspaceSize接口获取计算所需workspace大小以及包含了算子计算流程的执行器，再调用aclnnMatmulReduceScatterV2接口执行计算。

aclnnStatus aclnnMatmulReduceScatterV2GetWorkspaceSize(
    const aclTensor* x1, 
    const aclTensor* x2, 
    const aclTensor* bias, 
    const aclTensor* x1Scale, 
    const aclTensor* x2Scale, 
    const aclTensor* quantScale, 
    int64_t          blockSize, 
    const char*      group, 
    const char*      reduceOp, 
    int64_t          commTurn, 
    int64_t          streamMode, 
    int64_t          groupSize, 
    const char*      commMode, 
    aclTensor*       output, 
    aclTensor*       amaxOutOptional, 
    uint64_t*        workspaceSize, 
    aclOpExecutor**  executor)

aclnnStatus aclnnMatmulReduceScatterV2(
    void          *workspace, 
    uint64_t       workspaceSize, 
    aclOpExecutor *executor, 
    aclrtStream    stream)

aclnnMatmulReduceScatterV2GetWorkspaceSize

• 参数说明：

  参数名	输入/输出	描述	使用说明	数据类型	数据格式	维度(shape)	非连续Tensor
  x1	输入	MM左矩阵，即计算公式中的x1。	当前版本仅支持两维输入，shape为[m, k]，且仅支持不转置场景。	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT8_E4M3FN、FLOAT8_E5M2、HIFLOAT8、INT8	ND	2	×
  x2	输入	MM右矩阵，即计算公式中的x2。	当前版本仅支持二维输入, shape为[m, k]，支持转置/不转置场景。 仅支持两根轴转置情况下的非连续Tensor，其他场景的[非连续的Tensor]不支持。	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT8_E4M3FN、FLOAT8_E5M2、HIFLOAT8、INT8	ND、FRACTAL_NZ	2	√（仅适用转置场景）
  bias	输入	即计算公式中的bias。	支持传入空指针场景。 当前版本仅支持一维输入。	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND	1	×
  x1Scale	输入	mm左矩阵反量化参数。	支持传入空指针场景。	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND	1-3	×
  x2Scale	输入	mm右矩阵反量化参数。	支持传入空指针场景。	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND	1-3	√（仅适用转置场景）
  quantScale	输入	输出矩阵量化scale。	当前仅支持传入空指针场景。	FLOAT	ND	1	×
  blockSize	输入	用于表示mm输出矩阵在M轴方向上和N轴方向上可以用于对应方向上的多少个数的量化。	blockSize由blockSizeM、blockSizeN、blockSizeK三个值拼接而成，每个值占16位，计算公式为blockSize = blockSizeK | blockSizeN << 16 | blockSizeM << 32，mm输出矩阵不涉及K轴，blockSizeK固定为0, 当前版本只支持blockSizeM=blockSizeN=0。	-	-	-	-
  group	输入	通信域名称。	通过Hccl提供的接口“extern HcclResult HcclGetCommName(HcclComm comm, char* commName);”获取，其中commName即为group。	-	-	-	-
  reduceOp	输入	reduce操作类型。	通过Hccl提供的接口“extern HcclResult HcclGetCommName(HcclComm comm, char* commName);”获取，其中commName即为group。	-	-	-	-
  commTurn	输入	通信数据切分数，即总数据量/单次通信量。	当前版本仅支持输入0。	-	-	-	-
  streamMode	输入	流模式的枚举。	当前只支持枚举值1。	-	-	-	-
  groupSize	输入	用于表示反量化中x1Scale/x2Scale输入的一个数在其所在的对应维度方向上可以用于该方向x1/x2输入的多少个数的反量化。	groupSize输入由3个方向的groupSizeM、groupSizeN、groupSizeK三个值拼接组成，每个值占16位，计算公式为groupSize = groupSizeK | groupSizeN << 16 | groupSizeM << 32。	-	-	-	-
  commMode	输入	通信模式。	-	-	-	-	-
  output	输出	AllGather通信与MatMul计算的结果，即计算公式中的output。	仅当输出类型为FLOAT16、BFLOAT16时支持空Tensor。	FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT	ND	2	×
  amaxOutOptional	输出	MM计算的最大值结果，即公式中的amaxOut。	当前版本仅支持nullptr或空tensor。	FLOAT	ND	1	×
  workspaceSize	输出	返回需要在Device侧申请的workspace大小。	-	-	-	-	-
  executor	输出	返回op执行器，包含了算子计算流程。	-	-	-	-	-

  • Atlas A2 训练系列产品/Atlas A2 推理系列产品、Atlas A3 训练系列产品/Atlas A3 推理系列产品：
    • x1、x2：在commMode为aicpu时，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16；commMode为aiv时，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、INT8，x1数据格式仅支持ND，x2数据格式支持ND、FRACTAL_NZ。
    • bias：在commMode为aicpu时，数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16，仅支持为0的输入。在commMode为aiv时，当前版本仅支持输入nullptr。
    • x1Scale：在commMode为aicpu时，仅支持输入nullptr。在commMode为aiv时，数据类型支持FLOAT。当x1和x2数据类型为FLOAT16/BFLOAT16时，仅支持输入为nullptr。在pertoken场景，shape为(m, 1)。
    • x2Scale：在commMode为aicpu时，仅支持输入nullptr。在commMode为aiv时，数据类型支持FLOAT、INT64，数据格式支持ND。INT64数据类型仅在output数据类型为FLOAT16场景支持。当x1和x2数据类型为FLOAT16、BFLOAT16时，仅支持输入为nullptr。在perchannel场景，shape为(1, n)。
    • groupSize：当前版本仅支持输入为0。
    • commMode：当前仅支持aiv模式。aiv模式下使用AI VECTOR核完成通信任务。当前版本仅支持输入“aiv”。
    • output：数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16。 如果x1类型为FLOAT16、BFLOAT16，则output类型与x1保持一致。
  • Ascend 950PR/Ascend 950DT：

    • x1、x2：数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT8_E4M3FN、FLOAT8_E5M2、HIFLOAT8，数据格式仅支持ND。

    • bias：如果x1的数据类型是FLOAT16、BFLOAT16，则bias的数据类型必须为FLOAT16、BFLOAT16。如果x1的数据类型是FLOAT8_E4M3FN、FLOAT8_E5M2、HIFLOAT8时，在pertensor和mx量化场景下，bias的数据类型必须为FLOAT。在perblock场景下，仅支持输入为nullptr。

    • x1Scale：当x1和x2数据类型为FLOAT16、BFLOAT16时，仅支持输入为nullptr。在pertensor场景下，shape为[1]。在perblock场景下，shape为[ceildiv(m, 128), ceildiv(k, 128)]。在pertensor和perblock场景下，数据类型支持FLOAT。在mx量化场景下，数据类型为FLOAT8_E8M0，shape为(m, ceilDiv(k, 64), 2)。

    • x2Scale：当x1和x2数据类型为FLOAT16、BFLOAT16时，仅支持输入为nullptr。在pertensor场景下，shape为[1]。在perblock场景下，shape为[ceildiv(k, 128), ceildiv(n, 128)]。在pertensor和perblock场景下，数据类型支持FLOAT。在mx场景下，数据类型为FLOAT8_E8M0，shape为(n, ceilDiv(k, 64), 2)。

    • groupSize:

      • 仅当x1Scale和x2Scale输入都是2维及以上数据时，groupSize取值有效，其他场景需传入0。
      • groupSize值支持公式推导：传入的groupSize内部会按如下公式分解得到groupSizeM、groupSizeN、groupSizeK，当其中有1个或多个为0，会根据x1/x2/x1Scale/x2Scale输入shape重新设置groupSizeM、groupSizeN、groupSizeK用于计算。设置原理：如果groupSizeM=0，表示m方向量化分组值由接口推导，推导公式为groupSizeM = m / scaleM（需保证m能被scaleM整除），其中m与x1 shape中的m一致，scaleM与x1Scale shape中的m一致；如果groupSizeK=0，表示k方向量化分组值由接口推导，推导公式为groupSizeK = k / scaleK（需保证k能被scaleK整除），其中k与x1 shape中的k一致，scaleK与x1Scale shape中的k一致；如果groupSizeN=0，表示n方向量化分组值由接口推导，推导公式为groupSizeN = n / scaleN（需保证n能被scaleN整除），其中n与x2 shape中的n一致，scaleN与x2Scale shape中的n一致。

      $$groupSize=groupSizeK|groupSizeN<<16|groupSizeM<<32$$

      • 如果满足重新设置条件，一般情况下，当x1Scale、x2Scale输入都是2维，且数据类型都为FLOAT时，[groupSizeM，groupSizeN，groupSizeK]取值组合会推导为[128, 128, 128]，对应groupSize的值为549764202624；当x1Scale、x2Scale输入都是3维，且数据类型都为FLOAT8_E8M0时，[groupSizeM, groupSizeN, groupSizeK]取值组合会推导为[1, 1, 32]，对应groupSize的值为4295032864。

    • commMode：当前版本仅支持输入“ccu”。

    • output：如果x1类型为FLOAT16、BFLOAT16，则output类型与x1保持一致。如果x1类型为FLOAT8_E4M3FN、FLOAT8_E5M2、HIFLOAT8，则数据类型支持FLOAT16、BFLOAT16、FLOAT。

      $$groupSize=groupSizeK|groupSizeN<<16|groupSizeM<<32$$

• 返回值

  返回aclnnStatus状态码，具体参见aclnn返回码。

  第一段接口完成入参校验，出现以下场景时报错：

  返回值	错误码	描述
  ACLNN_ERR_PARAM_NULLPTR	161001	传入的x1、x2或output为空指针。
  ACLNN_ERR_PARAM_INVALID	161002	传入的x1、x2、output、bias(非空场景)、x1Scale(非空场景)、x2Scale(非空场景)、quantScale(非空场景) 的数据格式或数据类型不在支持范围内。

aclnnMatmulReduceScatterV2

• 参数说明：

  参数名	输入/输出	描述
  workspace	输入	在Device侧申请的workspace内存地址。
  workspaceSize	输入	在Device侧申请的workspace大小，由第一段接口aclnnMatmulReduceScatterV2GetWorkspaceSize获取。
  executor	输入	op执行器，包含了算子计算流程。
  stream	输入	指定执行任务的stream。

• 返回值

  返回aclnnStatus状态码，具体参见aclnn返回码。

约束说明

• 通信引擎约束：

  • Atlas A2 训练系列产品/Atlas A2 推理系列产品：仅支持commMode为"aiv"。
  • Atlas A3 训练系列产品/Atlas A3 推理系列产品：仅支持commMode为"aiv"。
  • Ascend 950PR/Ascend 950DT：仅支持commMode为"ccu"。

• 确定性计算：

  • aclnnMatmulReduceScatterV2默认采用确定性计算实现。

• Ascend 950PR/Ascend 950DT：

  • 只支持x2矩阵转置/不转置，x1矩阵仅支持不转置场景。
  • 输入x1为2维，其shape为(m, k)，m须为卡数rank_size的整数倍。
  • 输入x2必须是2维，其shape为(k, n)，轴满足mm算子入参要求，k轴相等，且k轴取值范围为[256, 65535)。
  • bias为1维，shape为(n,)。
  • 输出为2维，其shape为(m/rank_size, n), rank_size为卡数。
  • 当x1、x2的数据类型为FLOAT16/BFLOAT16时，x1/x2支持的空tensor场景，m和n可以为空，k不可为空，且需满足以下条件：
    • m为空，k不为空，n不为空；
    • m不为空，k不为空，n为空；
    • m为空，k不为空，n为空。
  • 当x1、x2的数据类型为FLOAT8_E4M3FN/FLOAT8_E5M2/HIFLOAT8时，不支持空tensor。
  • 当x1、x2的数据类型为FLOAT16/BFLOAT16/HIFLOAT8时，x1和x2的数据类型需要保持一致。
  • 当x1、x2的数据类型为FLOAT8_E4M3FN/FLOAT8_E5M2时，x1和x2的数据可以为其中一种。
  • 支持2、4、8、16、32、64卡。
  • reduceScatter集合通信数据总量不能超过16*256MB，集合通信数据总量计算方式为：m * n * sizeof(output_dtype)。由于shape不同，算子内部实现可能存在差异，实际支持的总通信量可能略小于该值。

• 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：

  • 只支持x2矩阵转置/不转置，x1矩阵仅支持不转置场景。
  • 输入x1为2维，其shape为(m, k)，m须为卡数rank_size的整数倍。
  • 输入x2必须是2维，其shape为(k, n)，轴满足mm算子入参要求，k轴相等，且k轴取值范围为[256, 65535)。
  • bias为1维，shape为(n,)。
  • 输出为2维，其shape为(m/rank_size, n), rank_size为卡数。
  • 不支持空tensor。
  • x1和x2的数据类型需要保持一致。
  • 支持2、4、8卡。

调用说明

调用方式	样例代码	说明
aclnn接口	test_aclnn_matmul_reduce_scatter_v2.cpp	通过aclnnMatmulReduceScatterV2接口方式调用MatmulReduceScatterV2算子。