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[InferLLM大模型推理框架项目](26)kern中ARM优化模块的kernel代码分析(src/kern/optimized/arm/kernel_gpu.h+.cpp)

InferLLM 框架中 ARM 优化模块的 kernel.h 和 kernel.cpp 分析

InferLLM 框架中的 ARM 优化模块主要通过 kernel.h 和 kernel.cpp 文件实现了针对 ARM 架构的优化计算函数。这两个文件共同构成了 ARM 平台上大语言模型推理的核心计算部分。

1. kernel.h 文件分析

kernel.h 文件主要声明了各种计算函数和注册内核的宏。

1.1 头文件包含

#pragma once

#include "kern/naive/naive.h"
#include "math.h"
#include "string.h"

这里包含了必要的头文件,其中 "kern/naive/naive.h" 包含了朴素实现的函数,用于在 ARM 优化不可用时作为回退方案。

1.2 函数声明

kernel.h 文件声明了一系列计算函数,这些函数都返回 TaskSet 类型,用于多线程并行计算:

namespace inferllm {
namespace opt {

// 嵌入层计算
TaskSet llm_embedding_get_int4_float(
        const void* weights, const uint32_t* index, float* dst, uint32_t len_seq,
        uint32_t embd);

// 元素级计算
TaskSet llm_elemwise_compute_float(
        InData<float> srcs, float* dst, size_t len, ElemMode mode);

// 广播计算
TaskSet llm_elemwise_broadcast_dim0_src1_compute_float(
        const float* src0, const float* src1, float* dst, uint32_t len0, uint32_t len1,
        ElemMode mode);

// RMS 归一化
TaskSet llm_rms_norm_compute_float(
        const float* src, float* dst, uint32_t seq_len, uint32_t embd, float eps);

// Softmax 计算
TaskSet llm_softmax_compute_float(
        const float* src, float* dst, uint32_t len_row, uint32_t col);

// 量化矩阵乘法
TaskSet llm_matmul_compute_int4_float(
        float* dst, const void* src0, const float* bias, const float* src1, uint32_t M,
        uint32_t N, uint32_t K, void* workspace, uint32_t size);

// 打包的量化矩阵乘法
TaskSet llm_matmul_compute_int4_float_packed(
        float* dst, const void* src0, const float* bias, const float* src1, uint32_t M,
        uint32_t N, uint32_t K, void* workspace, uint32_t size);

// 获取矩阵乘法所需的工作空间大小
size_t llm_matmul_get_workspace_float(
        uint32_t nr_thread, uint32_t M, uint32_t N, uint32_t K);

// 多头注意力中的 Q 和 K 的矩阵乘法
TaskSet llm_matmul_compute_with_head_stride_float(
        float* dst, const float* srck, const float* srcq, uint32_t seqlen,
        uint32_t embd, uint32_t head, uint32_t nr_past);

// 多头注意力中的 QK 和 V 的矩阵乘法
TaskSet llm_head_batched_matmul_compute_float(
        float* dst, const float* v, const float* qk, uint32_t seqlen, uint32_t embd,
        uint32_t head, uint32_t nr_past);

1.3 内核注册

kernel.h 文件使用 PartialImplementKernel 和 PartialImplementSpace 宏注册内核:

// 注册计算函数
PartialImplementKernel(ElemwiseFloat, llm_elemwise_compute_float);
PartialImplementKernel(
        ElemwiseBroadcastDim0Src1Float, llm_elemwise_broadcast_dim0_src1_compute_float);
PartialImplementKernel(RmsNormFloat, llm_rms_norm_compute_float);
PartialImplementKernel(EmbeddingGetInt4Float, llm_embedding_get_int4_float);
PartialImplementKernel(MatmulInt4Float, llm_matmul_compute_int4_float);
PartialImplementKernel(
        MatmulWithHeadStrideFloat, llm_matmul_compute_with_head_stride_float);
PartialImplementKernel(HeadBatchedMatmulFloat, llm_head_batched_matmul_compute_float);

// 注册工作空间计算函数
PartialImplementSpace(MatmulInt4Float, llm_matmul_get_workspace_float);

这些宏将内核 ID 与具体的实现函数关联起来,使得框架可以在运行时根据内核 ID 选择合适的实现。

2. kernel.cpp 文件分析

kernel.cpp 文件实现了 kernel.h 中声明的各种计算函数。

2.1 头文件包含

#include <assert.h>
#include "math.h"
#include "string.h"
#include "utils.h"

#include "core/tensor.h"
#include "kernel.h"
#include "optimized.h"
#include "quantize.h"

这里包含了必要的头文件,其中 "optimized.h" 包含了基础向量运算函数,"quantize.h" 包含了量化和反量化操作。

2.2 嵌入层计算

TaskSet llm_embedding_get_int4_float(
        const void* weights, const uint32_t* index, float* dst, uint32_t len_seq,
        uint32_t embd) {
    auto task = [=](const TaskId& id) {
        for (uint32_t i = id.start; i < id.end; ++i) {
            const int row = index[i];
            const int weight_stride =
                    embd * dtype_in_byte(DType::Int4) / dtype_block_size(DType::Int4);
            dequantize_row_q4_0(
                    (static_cast<const char*>(weights) + row * weight_stride),
                    dst + i * embd, embd);
        }
    };
    return TaskSet{{task, len_seq}};
}

这个函数实现了嵌入层的计算,将4位整数量化的权重反量化为浮点数。每个任务处理一个或多个序列位置,通过 dequantize_row_q4_0 函数将量化权重反量化为浮点数。

2.3 元素级计算

TaskSet llm_elemwise_compute_float(
        InData<float> srcs, float* dst, size_t length, ElemMode mode) {
    MultiThreadingTask task;
    switch (mode) {
        case ElemMode::Add: {
            task = [=](const TaskId& id) {
                uint32_t offset = id.start;
                uint32_t len = id.end - id.start;
                elemwise_vector_add(
                        len, srcs[0] + offset, srcs[1] + offset, dst + offset);
            };
            break;
        }
        case ElemMode::Mul: {
            task = [=](const TaskId& id) {
                uint32_t offset = id.start;
                uint32_t len = id.end - id.start;
                elemwise_vector_mul(
                        len, srcs[0] + offset, srcs[1] + offset, dst + offset);
            };
            break;
        }
        case ElemMode::Silu: {
            task = [=](const TaskId& id) {
                uint32_t offset = id.start;
                uint32_t len = id.end - id.start;
                return elemwise_vector_silu(len, srcs[0] + offset, dst + offset);
            };
            break;
        }
        case ElemMode::Gelu: {
            task = [=](const TaskId& id) {
                uint32_t offset = id.start;
                uint32_t len = id.end - id.start;
                return elemwise_vector_gelu(len, srcs[0] + offset, dst + offset);
            };
            break;
        }
        default:
            INFER_ASSERT(0, "Not supported.");
    }
    return TaskSet{{task, length}};
}

这个函数实现了元素级计算,支持加法、乘法、SiLU 激活函数和 GELU 激活函数。每个任务处理一段连续的数据,通过 elemwise_vector_addelemwise_vector_mulelemwise_vector_siluelemwise_vector_gelu 函数实现具体的计算。

2.4 广播计算

TaskSet llm_elemwise_broadcast_dim0_src1_compute_float(
        const float* src0, const float* src1, float* dst, uint32_t len0, uint32_t len1,
        ElemMode mode) {
    MultiThreadingTask task;
    switch (mode) {
        case ElemMode::Add: {
            task = [=](const TaskId& id) {
                for (size_t i = id.start; i < id.end; i++) {
                    const float* p_src = src0 + i * len1;
                    float* p_dst = dst + i * len1;
                    elemwise_vector_add(len1, p_src, src1, p_dst);
                }
            };
            break;
        }
        case ElemMode::Mul: {
            task = [=](const TaskId& id) {
                for (size_t i = id.start; i < id.end; i++) {
                    auto p_src = src0 + i * len1;
                    auto p_dst = dst + i * len1;
                    elemwise_vector_mul(len1, p_src, src1, p_dst);
                }
            };
            break;
        }
        default:
            INFER_ASSERT(0, "Not supported.");
    }
    return TaskSet{{task, len0}};
}

这个函数实现了广播计算,将 src1 广播到 src0 的第0维,然后进行元素级计算。每个任务处理 src0 的一个或多个行,通过 elemwise_vector_addelemwise_vector_mul 函数实现具体的计算。

2.5 RMS 归一化

TaskSet llm_rms_norm_compute_float(
        const float* src, float* dst, uint32_t seq_len, uint32_t embd, float eps) {
    auto task = [=](const TaskId& id) {
        for (uint32_t i = id.start; i < id.end; i++) {
            const float* row = src + i * embd;
            float* out = dst + i * embd;
            float mean = reduce_square_sum(embd, row) / embd;
            const float scale = 1.0 / sqrt(mean + eps);
            elemwise_vec_scale(embd, row, scale, out);
        }
    };
    return TaskSet{{task, seq_len}};
}

这个函数实现了 RMS 归一化,每个任务处理一个或多个序列位置。首先计算平方和的均值,然后计算缩放因子,最后将输入向量乘以缩放因子得到归一化结果。

2.6 Softmax 计算

TaskSet llm_softmax_compute_float(
        const float* src, float* dst, uint32_t len_row, uint32_t col) {
    auto task = [=](const TaskId& id) {
        for (uint32_t row = id.start; row < id.end; row++) {
            const float* psrc = src + row * col;
            float* pdst = dst + row * col;

            float max = reduce_max(col, psrc);
            float sum = select_sub_max_and_reduce_sum(col, psrc, pdst, max);
            sum = 1.0 / sum;
            elemwise_vec_scale(col, pdst, sum, pdst);
        }
    };
    return TaskSet{{task, len_row}};
}

这个函数实现了 Softmax 计算,每个任务处理一个或多个行。首先找到最大值,然后减去最大值并计算指数和,最后将每个元素除以指数和得到 Softmax 结果。

2.7 量化矩阵乘法

TaskSet llm_matmul_compute_int4_float(
        float* dst, const void* src0, const float* bias, const float* src1, uint32_t M,
        uint32_t N, uint32_t K, void* workspace, uint32_t size) {
    // src0 是量化权重,每32个数据为一个块,一个块共享相同的缩放因子
    // src1 是特征图,src0 布局为 {N, K},src1 布局为 {M, K},dst 布局为 {M, N}
    INFER_ASSERT(sizeof(float) * K <= size, "workspace is not enough.");
    uint32_t weight_q40_stride =
            K * dtype_in_byte(DType::Int4) / dtype_block_size(DType::Int4);
    uint32_t weight_q80_stride =
            K * dtype_in_byte(DType::Int8) / dtype_block_size(DType::Int8);
    
    // 第一阶段:量化输入,并存储在工作空间中
    // 因为输入比权重小,量化输入可以减少内存流量
    auto task1 = [=](const TaskId& id) {
        for (uint32_t m = id.start; m < id.end; m++) {
            BlockQ80* q_src1 = (BlockQ80*)(static_cast<uint8_t*>(workspace) +
                                           m * weight_q80_stride);
            quantize_row_q8_0(src1 + m * K, q_src1, K);
        }
    };
    
    // 第二阶段:计算矩阵乘法
    int8_t* q_src = static_cast<int8_t*>(workspace);
    auto task2 = [=](const TaskId& id) {
        uint32_t N_len = id.end - id.start;
        uint32_t n_block_4 = N_len / 4;
        uint32_t n_block_4_left = N_len - n_block_4 * 4;
        
        // 处理4列一组的部分
        for (uint32_t block4 = 0; block4 < n_block_4; block4++) {
            uint32_t n = block4 * 4 + id.start;
            float b0 = bias ? bias[n] : 0;
            float b1 = bias ? bias[n + 1] : 0;
            float b2 = bias ? bias[n + 2] : 0;
            float b3 = bias ? bias[n + 3] : 0;
            
            // 加载权重
            const void* q_weight0 = static_cast<const char*>(src0) + n * weight_q40_stride;
            const void* q_weight1 = static_cast<const char*>(src0) + (n + 1) * weight_q40_stride;
            const void* q_weight2 = static_cast<const char*>(src0) + (n + 2) * weight_q40_stride;
            const void* q_weight3 = static_cast<const char*>(src0) + (n + 3) * weight_q40_stride;
            
            // 计算矩阵乘法
            for (uint32_t m = 0; m < M; m++) {
                int8_t* src = q_src + m * weight_q80_stride;
                dst[m * N + n] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight0, src) + b0;
                dst[m * N + n + 1] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight1, src) + b1;
                dst[m * N + n + 2] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight2, src) + b2;
                dst[m * N + n + 3] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight3, src) + b3;
            }
        }
        
        // 处理剩余列
        for (uint32_t left = 0; left < n_block_4_left; left++) {
            uint32_t n = n_block_4 * 4 + left + id.start;
            float b0 = bias ? bias[n] : 0;
            const void* q_weight = static_cast<const char*>(src0) + n * weight_q40_stride;
            
            for (uint32_t m = 0; m < M; m++) {
                int8_t* src = q_src + m * weight_q80_stride;
                dst[m * N + n] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight, src) + b0;
            }
        }
    };
    
    return TaskSet{{task1, M}, {task2, N}};
}

这个函数实现了4位整数权重与浮点数激活值的矩阵乘法。它分为两个阶段:第一阶段将输入量化为8位整数,第二阶段计算矩阵乘法。每个阶段都使用多线程并行计算,第一阶段按行分解,第二阶段按列分解。

2.8 打包的量化矩阵乘法

TaskSet llm_matmul_compute_int4_float_packed(
        float* dst, const void* src0, const float* bias, const float* src1, uint32_t M,
        uint32_t N, uint32_t K, void* workspace, uint32_t size) {
    // 与 llm_matmul_compute_int4_float 类似,但针对打包的权重进行了优化
    // 打包的权重是指将多个权重矩阵打包在一起,以提高缓存命中率
    // ... 实现细节 ...
}

这个函数实现了打包的量化矩阵乘法,针对打包的权重进行了优化,以提高缓存命中率。

2.9 获取矩阵乘法所需的工作空间大小

size_t llm_matmul_get_workspace_float(
        uint32_t nr_thread, uint32_t M, uint32_t N, uint32_t K) {
    // 计算矩阵乘法所需的工作空间大小
    // 工作空间用于存储量化的输入
    uint32_t weight_q80_stride =
            K * dtype_in_byte(DType::Int8) / dtype_block_size(DType::Int8);
    return weight_q80_stride * M;
}

这个函数计算矩阵乘法所需的工作空间大小,工作空间用于存储量化的输入。

2.10 多头注意力计算

TaskSet llm_matmul_compute_with_head_stride_float(
        float* dst, const float* srck, const float* srcq, uint32_t seqlen,
        uint32_t embd, uint32_t head, uint32_t nr_past) {
    uint32_t sub_embd = embd / head;
    uint32_t length = nr_past + seqlen;
    uint32_t line_stride = embd;

    auto task = [=](const TaskId& id) {
        for (uint32_t h = id.start; h < id.end; h++) {
            auto dst_head = dst + h * seqlen * (nr_past + seqlen);
            auto srck_head = srck + h * sub_embd;
            auto srcq_head = srcq + h * sub_embd;
            compute_src_offset_embd_matmul(
                    srcq_head, embd, srck_head, embd, dst_head, seqlen, length,
                    sub_embd);
        }
    };
    return TaskSet{{task, head}};
}

TaskSet llm_head_batched_matmul_compute_float(
        float* dst, const float* v, const float* qk, uint32_t seqlen, uint32_t embd,
        uint32_t head, uint32_t nr_past) {
    uint32_t sub_embd = embd / head;
    uint32_t length = nr_past + seqlen;
    uint32_t line_stride = embd;

    auto task = [=](const TaskId& id) {
        for (uint32_t h = id.start; h < id.end; h++) {
            float* dst_head = dst + h * sub_embd;
            const float* v_head = v + h * sub_embd;
            const float* qk_head = qk + h * seqlen * length;
            comput_matmul_with_dst_uncontinue(
                    dst_head, embd, v_head, embd, qk_head, seqlen, length, sub_embd);
        }
    };
    return TaskSet{{task, head}};
}

这两个函数实现了多头注意力计算中的矩阵乘法。llm_matmul_compute_with_head_stride_float 计算 Q 和 K 的矩阵乘法,llm_head_batched_matmul_compute_float 计算 QK 和 V 的矩阵乘法。每个任务处理一个注意力头,通过 compute_src_offset_embd_matmulcomput_matmul_with_dst_uncontinue 函数实现具体的计算。

3. 内核注册机制分析

InferLLM 框架使用内核注册机制,将函数与内核 ID 关联起来。在 kernel.h 文件中,使用 PartialImplementKernel 和 PartialImplementSpace 宏注册内核:

PartialImplementKernel(ElemwiseFloat, llm_elemwise_compute_float);
PartialImplementKernel(
        ElemwiseBroadcastDim0Src1Float, llm_elemwise_broadcast_dim0_src1_compute_float);
PartialImplementKernel(RmsNormFloat, llm_rms_norm_compute_float);
PartialImplementKernel(EmbeddingGetInt4Float, llm_embedding_get_int4_float);
PartialImplementKernel(MatmulInt4Float, llm_matmul_compute_int4_float);
PartialImplementKernel(
        MatmulWithHeadStrideFloat, llm_matmul_compute_with_head_stride_float);
PartialImplementKernel(HeadBatchedMatmulFloat, llm_head_batched_matmul_compute_float);

PartialImplementSpace(MatmulInt4Float, llm_matmul_get_workspace_float);

这些宏的定义可能在其他头文件中,它们的作用是将内核 ID 与具体的实现函数关联起来,使得框架可以在运行时根据内核 ID 选择合适的实现。

与 ImplementKernel 和 ImplementSpace 宏不同,PartialImplementKernel 和 PartialImplementSpace 宏可能表示这些实现是部分实现,可能只支持某些特定的参数组合或者只在某些特定的条件下可用。

4. 多线程并行策略分析

InferLLM 框架使用 TaskSet 实现多线程并行,每个计算函数都返回一个 TaskSet,包含一个或多个任务及其子任务数量:

TaskSet llm_rms_norm_compute_float(
        const float* src, float* dst, uint32_t seq_len, uint32_t embd, float eps) {
    auto task = [=](const TaskId& id) {
        for (uint32_t i = id.start; i < id.end; i++) {
            // ... 计算逻辑 ...
        }
    };
    return TaskSet{{task, seq_len}};
}

不同的计算函数使用不同的任务分解策略:

  1. 按序列长度分解:如 llm_rms_norm_compute_float,每个任务处理一个或多个序列位置
  2. 按头数分解:如 llm_matmul_compute_with_head_stride_float,每个任务处理一个或多个注意力头
  3. 按矩阵行列分解:如 llm_matmul_compute_int4_float,使用两个任务集,一个按行分解,一个按列分解

这种设计使得计算任务可以在多线程环境中高效执行,通过将大型计算任务分解为多个子任务,并分配给不同的线程处理。

5. 优化策略分析

5.1 NEON 指令集优化

ARM 优化模块使用 NEON 指令集进行向量化计算,提高计算效率。这些优化主要在 optimized.h 和 quantize.h 文件中实现,kernel.cpp 文件中的函数调用这些优化的基础向量运算函数。

5.2 分块处理策略

ARM 优化模块使用分块处理策略,将数据分成多个块进行处理:

// 矩阵乘法中的分块处理
auto task2 = [=](const TaskId& id) {
    uint32_t N_len = id.end - id.start;
    uint32_t n_block_4 = N_len / 4;
    uint32_t n_block_4_left = N_len - n_block_4 * 4;
    
    // 处理4列一组的部分
    for (uint32_t block4 = 0; block4 < n_block_4; block4++) {
        // ... 处理4列 ...
    }
    
    // 处理剩余列
    for (uint32_t left = 0; left < n_block_4_left; left++) {
        // ... 处理1列 ...
    }
};

这种策略可以最大化利用 NEON 指令集的并行性,同时处理所有数据。

5.3 量化计算优化

ARM 优化模块使用量化计算减少内存占用和计算量:

TaskSet llm_matmul_compute_int4_float(
        float* dst, const void* src0, const float* bias, const float* src1, uint32_t M,
        uint32_t N, uint32_t K, void* workspace, uint32_t size) {
    // 第一阶段:量化输入
    auto task1 = [=](const TaskId& id) {
        for (uint32_t m = id.start; m < id.end; m++) {
            BlockQ80* q_src1 = (BlockQ80*)(static_cast<uint8_t*>(workspace) +
                                           m * weight_q80_stride);
            quantize_row_q8_0(src1 + m * K, q_src1, K);
        }
    };
    
    // 第二阶段:使用量化数据计算
    auto task2 = [=](const TaskId& id) {
        // ... 使用 vec_vec_dot_q40_with_q80 计算点积 ...
    };
    
    return TaskSet{{task1, M}, {task2, N}};
}

这种设计减少了内存占用和内存带宽需求,提高了计算效率。特别是对于大型矩阵乘法,量化计算可以显著提高性能。

5.4 内存访问优化

ARM 优化模块优化了内存访问模式,减少内存访问开销:

// 矩阵乘法中的内存访问优化
for (uint32_t block4 = 0; block4 < n_block_4; block4++) {
    uint32_t n = block4 * 4 + id.start;
    // ... 加载偏置和权重 ...
    
    // 计算矩阵乘法
    for (uint32_t m = 0; m < M; m++) {
        int8_t* src = q_src + m * weight_q80_stride;
        dst[m * N + n] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight0, src) + b0;
        dst[m * N + n + 1] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight1, src) + b1;
        dst[m * N + n + 2] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight2, src) + b2;
        dst[m * N + n + 3] = vec_vec_dot_q40_with_q80(K, q_weight3, src) + b3;
    }
}

这种设计提高了缓存命中率,减少了内存访问开销。通过一次加载输入数据,然后计算多个输出元素,可以减少内存带宽需求。

6. 与 naive 实现的比较

ARM 优化模块与 naive 模块的主要区别:

  1. 向量化实现:ARM 优化模块使用 NEON 指令集进行向量化计算,naive 模块使用标量实现
  2. 分块处理:ARM 优化模块使用分块处理策略,naive 模块使用简单的循环
  3. 量化计算:ARM 优化模块使用量化计算减少内存占用和计算量,naive 模块使用浮点计算
  4. 多线程并行:ARM 优化模块使用 TaskSet 实现多线程并行,naive 模块也使用 TaskSet,但任务分解策略不同

在实际应用中,ARM 优化模块的性能明显优于 naive 模块,特别是在支持 NEON 指令集的 ARM 处理器上。

7. 内核注册机制的实现

InferLLM 框架使用 PartialImplementKernel 和 PartialImplementSpace 宏注册内核。这些宏的定义可能如下:

#define PartialImplementKernel(kernel_id, fun)                          \
    template <>                                                          \
    struct PartialComp<KernelID::kernel_id, KernelPlatform::Optimized> { \
        template <typename... Args>                                      \
        static TaskSet exec(Args... args) {                              \
            return fun(std::forward<Args>(args)...);                     \
        }                                                                \
    };

#define PartialImplementSpace(kernel_id, fun)                           \
    template <>                                                          \
    struct PartialSpace<KernelID::kernel_id, KernelPlatform::Optimized> { \
        template <typename... Args>                                      \
        static size_t get(Args... args) {                                \
            return fun(std::forward<Args>(args)...);                     \
        }                                                                \
    };

这些宏将内核 ID 与具体的实现函数关联起来,使得框架可以在运行时根据内核 ID 选择合适的实现。与 ImplementKernel 和 ImplementSpace 宏不同,PartialImplementKernel 和 PartialImplementSpace 宏表示这些实现是部分实现,可能只支持某些特定的参数组合或者只在某些特定的条件下可用。

在运行时,框架会首先检查是否有完整实现,如果没有,则检查是否有部分实现,如果都没有,则使用 naive 实现作为回退方案。

8. TaskSet 的实现

TaskSet 是 InferLLM 框架中的一个重要概念,用于多线程并行计算。它的定义可能如下:

struct TaskId {
    uint32_t start;
    uint32_t end;
};

using MultiThreadingTask = std::function<void(const TaskId&)>;

struct TaskItem {
    MultiThreadingTask task;
    uint32_t nr_task;
};

using TaskSet = std::vector<TaskItem>;

每个 TaskSet 包含一个或多个 TaskItem,每个 TaskItem 包含一个任务函数和子任务数量。在运行时,框架会将每个 TaskItem 分解为多个子任务,并分配给不同的线程处理。

9. 未来优化方向

基于当前实现,可以考虑以下优化方向:

9.1 更多 ARM 指令集支持

  • 支持 ARMv8.2-A 的 FP16 指令,使用半精度浮点数进行计算
  • 支持 ARMv8.2-A 的 DotProd 指令,加速点积计算
  • 支持 ARMv8.6-A 的 BFloat16 指令,使用 BFloat16 进行计算

9.2 更高效的算法

  • 使用 Winograd 算法优化矩阵乘法
  • 使用 Flash Attention 算法优化注意力计算
  • 使用混合精度计算提高性能

9.3 更多量化方法

  • 支持 3 位、2 位甚至 1 位量化
  • 支持非对称量化
  • 支持组量化

9.4 更高级的并行策略

  • 使用流水线并行减少内存占用
  • 使用张量并行和模型并行处理大型模型
  • 使用异步计算提高计算效率

总结

InferLLM 框架中的 ARM 优化模块通过 kernel.h 和 kernel.cpp 文件实现了针对 ARM 架构的优化计算函数。这些函数使用 NEON 指令集进行向量化计算,使用分块处理策略和量化计算减少内存占用和计算量,使用 TaskSet 实现多线程并行,提高大语言模型推理的性能。

与 naive 模块相比,ARM 优化模块的性能明显更高,特别是在支持 NEON 指令集的 ARM 处理器上。未来可以考虑支持更多 ARM 指令集、使用更高效的算法、支持更多量化方法和使用更高级的并行策略等方向进行优化,进一步提高大语言模型在 ARM 平台上的推理性能。