aclnnIncreFlashAttention

支持的产品型号

• Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品
• Atlas 推理系列加速卡产品

接口原型

每个算子分为，必须先调用“aclnnIncreFlashAttentionGetWorkspaceSize”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“aclnnIncreFlashAttention”接口执行计算。

• aclnnStatus aclnnIncreFlashAttentionGetWorkspaceSize(const aclTensor *query, const aclTensorList *key, const aclTensorList *value, const aclTensor *pseShift, const aclTensor *attenMask, const aclIntArray *actualSeqLengths, int64_t numHeads, double scaleValue, char *inputLayout, int64_t numKeyValueHeads, const aclTensor *attentionOut, uint64_t *workspaceSize, aclOpExecutor **executor)
• aclnnstatus aclnnIncreFlashAttention(void *workspace, uint64_t workspaceSize, aclOpExecutor *executor, aclrtStream stream)

功能描述

• 算子功能：对于自回归（Auto-regressive）的语言模型，随着新词的生成，推理输入长度不断增大。在原来全量推理的基础上实现增量推理，query的S轴固定为1，key和value是经过KV Cache后，将之前推理过的state信息，叠加在一起，每个Batch对应S轴的实际长度可能不一样，输入的数据是经过padding后的固定长度数据。

  相比全量场景的FlashAttention算子（），增量推理的流程与正常全量推理并不完全等价，不过增量推理的精度并无明显劣化。

  说明： KV Cache是大模型推理性能优化的一个常用技术。采样时，Transformer模型会以给定的prompt/context作为初始输入进行推理（可以并行处理），随后逐一生成额外的token来继续完善生成的序列（体现了模型的自回归性质）。在采样过程中，Transformer会执行自注意力操作，为此需要给当前序列中的每个项目（无论是prompt/context还是生成的token）提取键值（KV）向量。这些向量存储在一个矩阵中，通常被称为kv缓存（KV Cache）。

• 计算公式：

  self-attention（自注意力）利用输入样本自身的关系构建了一种注意力模型。其原理是假设有一个长度为$n$的输入样本序列$x$，$x$的每个元素都是一个$d$维向量，可以将每个$d$维向量看作一个token embedding，将这样一条序列经过3个权重矩阵变换得到3个维度为$n$d的矩阵。

  self-attention的计算公式一般定义如下，其中$Q$、$K$、$V$为输入样本的重要属性元素，是输入样本经过空间变换得到，且可以统一到一个特征空间中。

  $$Attention(Q,K,V)=Score(Q,K)V$$

  本算子中Score函数采用Softmax函数，self-attention计算公式为：

  $$Attention(Q,K,V)=Softmax(\frac{QK^T}{\sqrt{d}})V$$

  其中$Q$和$K^T$的乘积代表输入$x$的注意力，为避免该值变得过大，通常除以$d$的开根号进行缩放，并对每行进行softmax归一化，与$V$相乘后得到一个$n*d$的矩阵。

aclnnIncreFlashAttentionGetWorkspaceSize

• 参数说明：

  • query（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，公式中的输入Q，数据类型支持FLOAT16，支持ND，Atlas 推理系列加速卡产品仅支持FLOAT16。

  • key（aclTensorList*，计算输入）：Device侧的aclTensorList，公式中的输入K，数据类型支持FLOAT16，支持ND，Atlas 推理系列加速卡产品仅支持FLOAT16。

  • value（aclTensorList，计算输入）：Device侧的aclTensorList，公式中的输入V，数据类型支持FLOAT16，支持ND，Atlas 推理系列加速卡产品仅支持FLOAT16。

  • pseShift（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，位置编码参数，预留参数，暂未使用。

  • attenMask（aclTensor*，计算输入）：Device侧的aclTensor，可选参数，表示attention掩码矩阵，数据类型支持BOOL、INT8、UINT8，支持ND。

  • actualSeqLengths（aclIntArray*，计算输入）：Host侧的aclIntArray，可选参数，表示key和value的S轴实际长度，数据类型支持INT64。

  • numHeads（int64_t，计算输入）：Host侧的int64_t，代表head个数，数据类型支持INT64。

  • scaleValue（double，计算输入）：Host侧的double，公式中d开根号的倒数，代表缩放系数，作为计算流中Muls的scalar值，数据类型支持DOUBLE。

  • inputLayout（char*，计算输入）：Host侧的字符指针，用于标识输入query、key、value的数据排布格式，当前支持BSH、BNSD、BSND。用户不特意指定时可传入默认值"BSH”。

    说明： query、key、value数据排布格式支持从多种维度解读，其中B（Batch）表示输入样本批量大小、S（Seq-Length）表示输入样本序列长度、H（Head-Size）表示隐藏层的大小、N（Head-Num）表示多头数、D（Head-Dim）表示隐藏层最小的单元尺寸，且满足D=H/N。

  • numKeyValueHeads（int64_t，计算输入）：Host侧的int64_t，代表key、value中head个数，用于支持GQA（Grouped-Query Attention，分组查询注意力）场景，默认为0，表示和query的head个数相等。numHeads与numKeyValueHeads的比值不能大于64。数据类型支持INT64，Atlas 推理系列加速卡产品仅支持默认值0。

  • attentionOut（aclTensor*，计算输出）：Device侧的aclTensor，公式中的输出，数据类型支持FLOAT16，支持ND，Atlas 推理系列加速卡产品仅支持FLOAT16。

  • workspaceSize（uint64_t*，出参）：返回用户需要在Device侧申请的workspace大小。

  • executor（aclOpExecutor**，出参）：返回op执行器，包含了算子计算流程。

• 返回值：

  返回aclnnStatus状态码，具体参见。

  [object Object]

aclnnIncreFlashAttention

• 参数说明：

  • workspace（void*，入参）：在Device侧申请的workspace内存地址。
  • workspaceSize（uint64_t，入参）：在Device侧申请的workspace大小，由第一段接口aclnnIncreFlashAttentionGetWorkspaceSize获取。
  • executor（aclOpExecutor*，入参）：op执行器，包含了算子计算流程。
  • stream（aclrtStream，入参）：指定执行任务的AscendCL stream流。

• 返回值：

  返回aclnnStatus状态码，具体参见。

约束与限制

• 参数key、value 中对应tensor的shape需要完全一致。
• 参数query和attentionOut的shape需要完全一致。
• 参数query中的N和numHeads值相等，key、value的N和numKeyValueHeads值相等，并且numHeads是numKeyValueHeads的倍数关系。
• 非连续场景下，参数key、value的tensorlist中tensor的个数等于query的B，shape除S外需要完全一致，且batch只能为1。
• query，key，value输入，功能使用限制如下：
  • Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品支持B轴小于等于65536，支持N轴小于等于256，支持D轴小于等于512。
  • Atlas 推理系列加速卡产品支持B轴小于等于256，支持N轴小于等于256，支持D轴小于等于512，支持key、value的S轴小于等于65536。
  • 仅支持query的S轴等于1。

调用示例（以Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品为例）

示例代码如下，仅供参考，具体编译和执行过程请参考。