1 背景

在基于深度学习卷积网络的图像处理领域,作为计算密集型的卷积算子一直都是工程优化的重点,而卷积计算一般转化为矩阵乘运算,所以优化矩阵乘运算自然成为深度学习框架最为关心的优化方向之一。鉴于此,Nvidia官方给出了一套硬件解决方案,即Tensor Core,可加速矩阵乘运算,实现混合精度计算,在保持准确性的同时提高吞吐量。

2 硬件单元

同CUDA Core一样,Tensor Core也是一种运算单元,专门处理矩阵乘运算。如下图为Turing TU102/TU104/TU106的SM内部结构图,分为4个processing blocks,每个processing block包含16个FP32 Cores、16个INT32 Cores、2个Tensor Cores、1个Warp Scheduler和1个Dispatch Unit。

3 架构

自Volta架构推出第一代Tensor Core以来,后续在每一代的架构升级中,Tensor Core都有比较大的改进,支持的数据类型也逐渐增多。

3.1 Volta Tensor Core

第一代Tensor Core支持FP16和FP32下的混合精度矩阵乘法,可提供每秒超过100万亿次(TFLOPS)的深度学习性能,是Pascal架构的5倍以上。与Pascal相比,用于训练的峰值teraFLOPS(TFLOPS)性能提升了高达12倍,用于推理的峰值TFLOPS性能提升了高达6倍,训练和推理性能提升了3倍。

3.2 Turing Tensor Core

第二代Tensor Core提供了一系列用于深度学习训练和推理的精度(从FP32到FP16再到INT8和INT4),每秒可提供高达500万亿次的张量运算。

3.3 Ampere Tensor Core

第三代Tensor Core采用全新精度标准Tensor Float 32(TF32)与64位浮点(FP64),以加速并简化人工智能应用,可将人工智能速度提升至最高20倍。

3.4 Hopper Tensor Core

第四代Tensor Core使用新的8位浮点精度(FP8),可为万亿参数模型训练提供比FP16高6倍的性能。FP8用于 Transformer引擎,能够应用FP8和FP16的混合精度模式,大幅加速Transformer训练,同时兼顾准确性。FP8还可大幅提升大型语言模型推理的速度,性能较Ampere提升高达30倍。

4 调用

除了使用CUDA生态库里的API调用Tensor Core,如cublas、cudnn等,Nvidia还提供了以下几种方式调用Tensor Core。

4.1 WMMA (Warp-level Matrix Multiply Accumulate) API

对于计算能力在7.0及以上的CUDA设备,可以使用CUDA C++ API调用Tensor Core,支持形如D = AB + C的混合精度的矩阵乘运算。
template<typename Use, int m, int n, int k, typename T, typename Layout=void> class fragment;

void load_matrix_sync(fragment<...> &a, const T* mptr, unsigned ldm);
void load_matrix_sync(fragment<...> &a, const T* mptr, unsigned ldm, layout_t layout);
void store_matrix_sync(T* mptr, const fragment<...> &a, unsigned ldm, layout_t layout);
void fill_fragment(fragment<...> &a, const T& v);
void mma_sync(fragment<...> &d, const fragment<...> &a, const fragment<...> &b, const fragment<...> &c, bool satf=false);
  • fragment:Tensor Core数据存储类,支持matrix_a、matrix_b和accumulator
  • load_matrix_sync:Tensor Core数据加载API,支持将矩阵数据从global memory或shared memory加载到fragment
  • store_matrix_sync:Tensor Core结果存储API,支持将计算结果从fragment存储到global memory或shared memory
  • fill_fragment:fragment填充API,支持常数值填充
  • mma_sync:Tensor Core矩阵乘计算API,支持D = AB + C或者C = AB + C

4.2 WMMA PTX (Parallel Thread Execution)

对于计算能力在7.0及以上的CUDA设备,也可以使用WMMA PTX指令调用Tensor Core,支持形如D = AB + C的混合精度的矩阵乘运算。
wmma.load.a.sync.aligned.layout.shape{.ss}.atype r, [p] {, stride};
wmma.load.b.sync.aligned.layout.shape{.ss}.btype r, [p] {, stride};
wmma.load.c.sync.aligned.layout.shape{.ss}.ctype r, [p] {, stride}; wmma.store.d.sync.aligned.layout.shape{.ss}.type [p], r {, stride}; wmma.mma.sync.aligned.alayout.blayout.shape.dtype.ctype d, a, b, c;
  • wmma.load:Tensor Core数据加载指令,支持将矩阵数据从global memory或shared memory加载到Tensor Core寄存器
  • wmma.store:Tensor Core结果存储指令,支持将计算结果从Tensor Core寄存器存储到global memory或shared memory
  • wmma.mma:Tensor Core矩阵乘计算指令,支持D = AB + C或者C = AB + C

4.3 MMA (Matrix Multiply Accumulate) PTX

对于计算能力在7.0及以上的CUDA设备,还可以使用MMA PTX指令调用Tensor Core,支持形如D = AB + C的混合精度的矩阵乘运算。
ldmatrix.sync.aligned.shape.num{.trans}{.ss}.type r, [p];

mma.sync.aligned.m8n8k4.alayout.blayout.dtype.f16.f16.ctype  d, a, b, c;
mma.sync.aligned.m16n8k8.row.col.dtype.f16.f16.ctype d, a, b, c;
mma.sync.aligned.m16n8k16.row.col.dtype.f16.f16.ctype d, a, b, c;
  • ldmatrix:Tensor Core数据加载指令,支持将矩阵数据从shared memory加载到Tensor Core寄存器
  • mma:Tensor Core矩阵乘计算指令,支持D = AB + C或者C = AB + C

4.4 SASS

根据SASS指令集学习。
 

Nvidia Tensor Core初探的更多相关文章

  1. NVIDIA Tensor Cores解析

    NVIDIA Tensor Cores解析 高性能计算机和人工智能前所未有的加速 Tensor Cores支持混合精度计算,动态调整计算以加快吞吐量,同时保持精度.最新一代将这些加速功能扩展到各种工作 ...

  2. NVIDIA深度学习Tensor Core性能解析(下)

    NVIDIA深度学习Tensor Core性能解析(下) DeepBench推理测试之RNN和Sparse GEMM DeepBench的最后一项推理测试是RNN和Sparse GEMM,虽然测试中可 ...

  3. NVIDIA深度学习Tensor Core性能解析(上)

    NVIDIA深度学习Tensor Core性能解析(上) 本篇将通过多项测试来考验Volta架构,利用各种深度学习框架来了解Tensor Core的性能. 很多时候,深度学习这样的新领域会让人难以理解 ...

  4. Tensor Core技术解析(下)

    Tensor Core技术解析(下) 让FP16适用于深度学习 Volta的深度学习能力是建立在利用半精度浮点(IEEE-754 FP16)而非单精度浮点(FP32)进行深度学习训练的基础之上. 该能 ...

  5. Tensor Core技术解析(上)

    Tensor Core技术解析(上) NVIDIA在SIGGRAPH 2018上正式发布了新一代GPU架构--Turing(图灵),黄仁勋称Turing架构是自2006年CUDA GPU发明以来最大的 ...

  6. 用NVIDIA Tensor Cores和TensorFlow 2加速医学图像分割

    用NVIDIA Tensor Cores和TensorFlow 2加速医学图像分割 Accelerating Medical Image Segmentation with NVIDIA Tensor ...

  7. Asp.net Core 初探(发布和部署Linux)

    前言 俗话说三天不学习,赶不上刘少奇.Asp.net Core更新这么长时间一直观望,周末帝都小雨,宅在家看了下Core Web App,顺便搭建了个HelloWorld环境来尝尝鲜,第一次看到.Ne ...

  8. jenkins部署net core初探

    一步一步,小心翼翼吖.看了好几个博客,摸索了两天了,才搭建成功,不容易,先写篇文章记下来,hhhhhhhhhhhh 相关环境配置 服务器:centos7 源代码管理器:git 技术选型:net cor ...

  9. ASPNET CORE初探

    ASP.NET Core 开发-中间件(Middleware)   ASP.NET Core开发,开发并使用中间件(Middleware). 中间件是被组装成一个应用程序管道来处理请求和响应的软件组件 ...

  10. linux环境上运行.net core 初探

    1.安装 .net core 环境 rpm --import https://packages.microsoft.com/keys/microsoft.ascsh -c 'echo -e " ...

随机推荐

  1. 导入ssm项目时,项目基本的配置文件

    一.ssm框架基本的配置文件 上面的这些配置文件对于比较简单的ssm项目其实大同小异,逻辑上是差不多的. 在config目录下 在lib下就是各种jar包 二.导入ssm项目后,本地环境配置和项目本身 ...

  2. Unity学习笔记——坐标转换(2)

    子物体与父物体 子物体与父物体的关系类似于人与地球的关系,地球无论自转还是公转,对于地球上的我们来说,前后左右的方向不会变,因此在Unity中当我们旋转或是移动父物体时,子物体跟随父物体变化,但tra ...

  3. Android 自定义SeekBar (二)

    一.前言 本文在 上节 的基础上,讲解自定义拖动条的实现思路. 二.思路 先在res/values文件夹下,自定义控件属性: <?xml version="1.0" enco ...

  4. turtle绘制风轮

    题目要求: 使用turtle库,绘制一个风轮效果,其中,每个风轮内角为45度,风轮边长150像素. 我的代码: import turtle turtle.setup(500,500,100,200) ...

  5. linux-usermod

    添加组成员 sudo usermod -aG <targetgroup> <selfuser>

  6. (十四).CSS3中的多列布局和伸缩盒布局

    1 多列布局 ① 设置给包裹元素的 CSS 属性(共 8 个属性) CSS 属性名 含义 值 column-count 设置列数 纯数字 column-width 设置列宽 长度 columns 同时 ...

  7. raid5+lvm随笔

    1.准备磁盘,先做raid,再做lvm; /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde [root@localhost ~]# mdadm -C -v /dev/md5 ...

  8. C# EF框架的入门使用

    如何构建数据模型 新建项 ADO.NET 实体模型 设置链接 链接字符串需要选择"是,包含敏感数据 注意:EF的框架引用的表应该要存在主键,程序引用中要包含 using System.Dat ...

  9. org.xml.sax.SAXNotRecognizedException: SAX feature 'http://apache.org/xml/features/allow-java-encodings' not recognized.

    tomcat启动服务后,解析xml等文件会报错org.xml.sax.SAXNotRecognizedException: SAX feature 'http://apache.org/xml/fea ...

  10. 使用arcgis按掩膜批量处理MODIS.tif数据提取研究区.shp边界的python代码

    在输入代码之前,需要先用arcgis把需要处理的数据导入,再把研究区shp导入,然后定义投影,先掩膜处理一个数据,再进行下一步输入代码批量处理数据的步骤.如果 不先定义投影,可能会出现输入代码不执行的 ...