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向量计算程序编译器

发布时间: 2025-03-25 07:44:17

⑴ 开篇:XLA是什么

XLA (Accelerated Linear Algebra)是专用于机器学习的编译器,机器学习的运算中99%都是向量乘以矩阵、矩阵乘以矩阵的计算,XLA是专门用来优化这些计算的。

举个例子,运行在GPU上的 model_fn 函数会顺序调用 multiply 、 add 和 rece_sum 这三个op,而且 multiply ,也就是 y * z 的计算结果会先从GPU拷贝回host,再拷贝到device作为 add 的input,同样的,add的计算结果也会以相同的方式传递给下一个op。

显然,对于整个函数来说,将中间变量在host和device间来回倒腾是没有意义的。因此,如果把函数看作一个op,那在计算中产生的中间结果就不必返回到host,少了数据传输的时间开销,就可以大幅提升运算效率。

这种将多个op融合成一个op的方法就称为 fuse ,当前fuse的技术路线有:

XLA的优化当然不只是fuse,还有对计算图的优化,包括删除无效指令、减少内存占用、替换复杂指令等优化。下图是官方提供的性能报告,经XLA优化过后,Tensorflow BERT MLPerf的训练性能提升了~7倍。除了Tensorflow外,XLA还支持 JAX 、 Julia 、 PyTorch 和 Nx 等前端。

jit 是指在首次运行时将函数编译成二进制程序,后续再调用该函数时直接运行先前编译好的程序而非python code。 @tf.funciton 修饰的函数(包括它的子函数)会做 jit 。除非signature发生了变化,也就是input的shape或dtype和编译时不同,否则 get_MSE 是不需要重复编译的。

@tf.function 将函数内的ops替换成一组( XlaCompile , XlaRun ) ops,在运行时前者负责编译,并将编译结果-- executable 保存到cache,后者负责运行executable。如果cache里已经有编译好的程序就不需要编译了,例如 get_MSE(tf.constant(3.0), tf.constant(4.0)) 。

XLA编译器支持的语言(IR)是HLO(High Level Operations),顾名思义这些语言是由一个个op组成,因此,我们在编译前需要先从python code中提取出所有ops,再将它们转换成HLO。

JAX通过tracing的方式,从 @jax.jit 修饰的函数中提取ops,这些ops通过 jaxpr 来表示。然后再通过XLA client提供的API为ops生成相应的HLO。PyTorch/XLA也是采用类似的方法来生成HLO。

Tensorflow的 tf2xla 为每个 Op 创建了一个同名的 XlaOp 用于生成HLO, XlaOp 派生于 Op ,使用相同的注册机制,因此,只要把要编译的子图根据拓扑排序运行一遍就能生成它的HLO。

HLO先经过一系列 pass 优化后再将HLO lowering成ISA,最后将编译好的二进制封装到 executable 。

除了二进制程序,它还包含运行该程序所需要的infos和options。调用 executable.run() 就可以执行计算图。

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2.Py js28

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3.Win Python

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4.Sku lpt

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5.Shed Skin

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6.ActivePython

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7.Trans crypt

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8.Nut ika

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9.Jython

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10.CPython

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