SoftmaxGrad
功能说明
将输入tensor[m0, m1, ...mt, n](t大于等于0)的非尾轴长度相乘的结果看作m,则输入tensor的shape看作[m, n]。对输入tensor[m,n]按行做grad反向计算,计算公式如下:
当输入shape为ND格式时,内部的reduce过程按last轴进行;当输入shape为NZ格式时,内部的reduce过程按照last轴和first轴进行,reduce过程可以参考SoftMax中的图示说明。
为方便理解,通过python脚本实现的方式,表达其计算公式如下,其中src、grad、isFront是源操作数(输入),dst为目的操作数(输出)。
def softmax_grad(grad, src, isFront = None): dst = grad * src dst = np.sum(dst, axis=-1, keepdims=True) if isFront : return dst dst = (grad - dst) * src return dst
实现原理
以float类型,ND格式,shape为[m,k]的输入Tensor为例,描述SoftmaxGrad高阶API内部算法框图,如下图所示。
计算过程分为如下几步,均在Vector上进行:
- mul步骤:对输入x和y所有数据相乘,计算结果会保存到一个临时空间temp中;
- reducesum步骤:对temp数据([m, k])每一行求和得到[m, 1],计算结果会保存到临时空间中;
- broadcast步骤:对reducesum结果[m, 1]的数据做一个按datablock为单位的填充,比如float类型下,把[m, 1]扩展成[m, 8];
- 判断是否isFront模式,如果是,则输出broadcast后的结果,计算结束;如果不是,则继续执行后续步骤;
- broadcast步骤:对[m, 8]做一个扩维,扩展成[m, k],计算结果会保存到临时空间中;
- sub步骤:输入x的所有数据减去上一步broadcast后的结果;
- mul步骤:sub后的所有数据和输入y相乘,输出结果z。
函数原型
- 接口框架申请临时空间
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template <typename T, bool isReuseSource = false, bool isDataFormatNZ = false> __aicore__ inline void SoftmaxGrad(const LocalTensor<T>& dstTensor, const LocalTensor<T>& gradTensor, const LocalTensor<T>& srcTensor, const SoftMaxTiling& tiling, bool isFront = false, const SoftMaxShapeInfo& softmaxShapeInfo = {})
- 通过sharedTmpBuffer入参传入临时空间
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template <typename T, bool isReuseSource = false, bool isDataFormatNZ = false> __aicore__ inline void SoftmaxGrad(const LocalTensor<T>& dstTensor, const LocalTensor<T>& gradTensor, const LocalTensor<T>& srcTensor, const LocalTensor<uint8_t>& sharedTmpBuffer, const SoftMaxTiling& tiling, bool isFront = false, const SoftMaxShapeInfo& softmaxShapeInfo = {})
由于该接口的内部实现中涉及复杂的计算,需要额外的临时空间来存储计算过程中的中间变量。临时空间支持接口框架申请和开发者通过sharedTmpBuffer入参传入两种方式。
- 接口框架申请临时空间,开发者无需申请,但是需要预留临时空间的大小。
- 通过sharedTmpBuffer入参传入,使用该tensor作为临时空间进行处理,接口框架不再申请。该方式开发者可以自行管理sharedTmpBuffer内存空间,并在接口调用完成后,复用该部分内存,内存不会反复申请释放,灵活性较高,内存利用率也较高。
接口框架申请的方式,开发者需要预留临时空间;通过sharedTmpBuffer传入的情况,开发者需要为tensor申请空间。临时空间大小BufferSize的获取方式如下:通过SoftmaxGrad Tiling接口中提供的GetSoftMaxGradMaxTmpSize/GetSoftMaxGradMinTmpSize接口获取所需最大和最小临时空间大小,最小空间可以保证功能正确,最大空间用于提升性能。
参数说明
参数名 |
描述 |
---|---|
T |
操作数的数据类型。 |
isReuseSource |
预留参数,暂未启用,为后续的功能扩展做保留,必须使用默认值。 |
isDataFormatNZ |
当前输入输出的数据格式是否为NZ格式,默认数据格式为ND,即默认取值为false。 针对Atlas 200/500 A2推理产品,不支持配置为NZ格式。 |
参数名 |
输入/输出 |
描述 |
---|---|---|
dstTensor |
输出 |
目的操作数。 类型为LocalTensor,支持的TPosition为VECIN/VECCALC/VECOUT。 Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品,支持的数据类型为:half/float Atlas推理系列产品(Ascend 310P处理器)AI Core,支持的数据类型为:half/float Atlas 200/500 A2推理产品,支持的数据类型为:half/float last轴长度需要32Byte对齐。 |
gradTensor |
输入 |
源操作数。 类型为LocalTensor,支持的TPosition为VECIN/VECCALC/VECOUT。 Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品,支持的数据类型为:half/float Atlas推理系列产品(Ascend 310P处理器)AI Core,支持的数据类型为:half/float Atlas 200/500 A2推理产品,支持的数据类型为:half/float last轴长度需要32Byte对齐。 |
srcTensor |
输入 |
源操作数。 类型为LocalTensor,支持的TPosition为VECIN/VECCALC/VECOUT。 Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品,支持的数据类型为:half/float Atlas推理系列产品(Ascend 310P处理器)AI Core,支持的数据类型为:half/float Atlas 200/500 A2推理产品,支持的数据类型为:half/float last轴长度需要32Byte对齐。 |
sharedTmpBuffer |
输入 |
临时空间。 类型为LocalTensor,支持的TPosition为VECIN/VECCALC/VECOUT。 该操作数的数据类型固定uint8_t。 接口内部复杂计算时用于存储中间变量,由开发者提供。 临时空间大小BufferSize的获取方式请参考SoftmaxGrad Tiling接口。 |
softmaxShapeInfo |
输入 |
srcTensor的shape信息。SoftMaxShapeInfo类型,具体定义如下: struct SoftMaxShapeInfo { uint32_t srcM; // 非尾轴长度的乘积 uint32_t srcK; // 尾轴长度,必须32Byte对齐 uint32_t oriSrcM; // 原始非尾轴长度的乘积 uint32_t oriSrcK; // 原始尾轴长度 }; 需要注意,当输入输出的数据格式为NZ格式时,尾轴长度为reduce轴长度即图2中的W0*W1,非尾轴为H0*H1。 |
tiling |
输入 |
softmaxgrad计算所需tiling信息,Tiling信息的获取请参考SoftmaxGrad Tiling接口。 |
isFront |
输入 |
是否使能isFront计算,若为True,dstTensor的last轴长度必须固定32Byte。 |
返回值
无
支持的型号
Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品
Atlas推理系列产品(Ascend 310P处理器)AI Core
Atlas 200/500 A2推理产品
注意事项
- srcTensor和dstTensor的Tensor空间可以复用。
- 操作数地址偏移对齐要求请参见通用约束。
调用示例
#include "kernel_operator.h" template <typename T> class KernelSoftmaxGrad { public: __aicore__ inline KernelSoftmaxGrad() {} __aicore__ inline void Init( __gm__ uint8_t *src1Gm, __gm__ uint8_t *src2Gm, __gm__ uint8_t *dstGm, const SoftMaxTiling &tilingData) { elementNumPerBlk = 32 / sizeof(T); src1Global.SetGlobalBuffer((__gm__ T *)src1Gm); src2Global.SetGlobalBuffer((__gm__ T *)src2Gm); dstGlobal.SetGlobalBuffer((__gm__ T *)dstGm); pipe.InitBuffer(inQueueSrc1, 1, height * width * sizeof(T)); pipe.InitBuffer(inQueueSrc2, 1, height * width * sizeof(T)); pipe.InitBuffer(outQueueDst, 1, height * width * sizeof(T)); tiling = tilingData; } __aicore__ inline void Process() { CopyIn(); Compute(); CopyOut(); } private: __aicore__ inline void CopyIn() { AscendC::LocalTensor<T> srcLocal1 = inQueueSrc1.AllocTensor<T>(); AscendC::LocalTensor<T> srcLocal2 = inQueueSrc2.AllocTensor<T>(); AscendC::DataCopy(srcLocal1, src1Global, height * width); AscendC::DataCopy(srcLocal2, src2Global, height * width); inQueueSrc1.EnQue(srcLocal1); inQueueSrc2.EnQue(srcLocal2); } __aicore__ inline void Compute() { AscendC::LocalTensor<T> srcLocal1 = inQueueSrc1.DeQue<T>(); AscendC::LocalTensor<T> srcLocal2 = inQueueSrc2.DeQue<T>(); AscendC::LocalTensor<T> dstLocal = outQueueDst.AllocTensor<T>(); AscendC::SoftMaxShapeInfo srcShape = {height, width, height, width}; AscendC::SoftmaxGrad<T>(dstLocal, srcLocal2, srcLocal1, tiling, false, srcShape); outQueueDst.EnQue<T>(dstLocal); inQueueSrc1.FreeTensor(srcLocal1); inQueueSrc2.FreeTensor(srcLocal2); } __aicore__ inline void CopyOut() { AscendC::LocalTensor<T> dstLocal = outQueueDst.DeQue<T>(); AscendC::DataCopy(dstGlobal, dstLocal, height * width); outQueueDst.FreeTensor(dstLocal); } private: AscendC::TPipe pipe; AscendC::TQue<AscendC::QuePosition::VECIN, 1> inQueueSrc1; AscendC::TQue<AscendC::QuePosition::VECIN, 1> inQueueSrc2; AscendC::TQue<AscendC::QuePosition::VECOUT, 1> outQueueDst; AscendC::GlobalTensor<T> src1Global, src2Global, dstGlobal; uint32_t elementNumPerBlk = 0; uint32_t width = 64; uint32_t height = 128; SoftMaxTiling tiling; }; extern "C" __global__ __aicore__ void softmax_grad_kernel_half( __gm__ uint8_t *src1Gm, __gm__ uint8_t *src2Gm, __gm__ uint8_t *dstGm, __gm__ uint8_t *tiling) { GET_TILING_DATA(tilingData, tiling); KernelSoftmaxGrad<half> op; op.Init(src1Gm, src2Gm, dstGm, tilingData.softmaxTilingData); op.Process(); }