皮皮网

1.3d稀疏卷积——spconv源码剖析（三）
2.TensorRT-LLM（持续更新）
3.3. torch.utils里需要掌握的源码函数
4.pytorch源码阅读系列之Parameter类
5.部署系列——神经网络INT8量化教程第一讲！
6.强化学习ppo算法源码

3d稀疏卷积——spconv源码剖析（三）

       构建Rulebook

       下面看ops.get_indice_pairs，源码位于：spconv/ops.py

       构建Rulebook由ops.get_indice_pairs接口完成

       get_indice_pairs函数具体实现：

       主要就是源码完成了一些参数的校验和预处理。首先，源码对于3d普通稀疏卷积，源码根据输入shape大小，源码在线街机源码kernel size，源码stride等参数计算出输出输出shape，源码子流行稀疏卷积就不必计算了，源码输出shape和输入shape一样大小

       准备好参数之后就进入最核心的源码get_indice_pairs函数。因为spconv通过torch.ops.load_library加载.so文件注册,源码所以这里通torch.ops.spconv.get_indice_pairs这种方式来调用该函数。

       算子注册：在src/spconv/all.cc文件中通过Pytorch提供的源码OP Register(算子注册的方式)对底层c++ api进行了注册，可以python接口形式调用c++算子

       同C++ extension方式一样，源码OP Register也是源码Pytorch提供的一种底层扩展算子注册的方式。注册的源码算子可以通过 torch.xxx或者 tensor.xxx的方式进行调用，该方式同样与pytorch源码解耦，增加和修改算子不需要重新编译pytorch源码。用该方式注册一个新的算子，流程非常简单：先编写C++相关的算子实现，然后通过pytorch底层的注册接口（torch::RegisterOperators），将该算子注册即可。

       构建Rulebook实际通过python接口get_indice_pairs调用src/spconv/spconv_ops.cc文件种的getIndicePairs函数

       代码位于：src/spconv/spconv_ops.cc

       分析getIndicePairs直接将重心锁定在GPU逻辑部分，并且子流行3d稀疏卷积和正常3d稀疏卷积分开讨论，优先子流行3d稀疏卷积。

       代码中最重要的3个变量分别为：indicePairs，indiceNum和gridOut，其建立过程如下：

       indicePairs代表了稀疏卷积输入输出的映射规则，即Input Hash Table 和 Output Hash Table。这里分配理论最大的内存，它的shape为{ 2,kernelVolume,numAct}，2表示输入和输出两个方向，kernelVolume为卷积核的volume size。例如一个3x3x3的卷积核，其volume size就是(3*3*3)。numAct表示输入有效(active)特征的数量。indiceNum用于保存卷积核每一个位置上的总的计算的次数，indiceNum对应中的count

       代码中关于gpu建立rulebook调用create_submconv_indice_pair_cuda函数来完成，下面具体分析下create_submconv_indice_pair_cuda函数

       子流线稀疏卷积

       子流线稀疏卷积是调用create_submconv_indice_pair_cuda函数来构建rulebook

       在create_submconv_indice_pair_cuda大可不必深究以下动态分发机制的运行原理。

       直接将重心锁定在核函数：

       prepareSubMGridKernel核函数中grid_size和block_size实则都是用的整形变量。其中block_size为tv::cuda::CUDA_NUM_THREADS,springboot小区源码在include/tensorview/cuda_utils.h文件中定义，大小为。而grid_size大小通过tv::cuda::getBlocks(numActIn)计算得到,其中numActIn表示有效(active)输入数据的数量。

       prepareSubMGridKernel作用：建立输出张量坐标(通过index表示)到输出序号之间的一张哈希表

       见：include/spconv/indice.cu.h

       这里计算index换了一种模板加递归的写法，看起来比较复杂而已。令：new_indicesIn = indicesIn.data()，可以推导得出index为：

       ArrayIndexRowMajor位于include/tensorview/tensorview.h，其递归调用写法如下：

       接着看核函数getSubMIndicePairsKernel3：

       位于：include/spconv/indice.cu.h

       看：

       上述写法类似我们函数中常见的循环的写法，具体可以查看include/tensorview/kernel_utils.h

       NumILP按默认值等于1的话，其stride也是gridDim.x*blockDim.x。索引最大值要小于该线程块的线程上限索引blockDim.x * gridDim.x，功能与下面代码类似：

       参考： blog.csdn.net/ChuiGeDaQ...

TensorRT-LLM（持续更新）

       TRT-LLM（NVIDIA官方支持）是一款用于在NVIDIA GPU平台上进行大模型推理部署的工具。

       其整体流程是将LLM构建为engine模型，支持多种大模型，如单机单卡、单机多卡（NCCL）、多机多卡，以及量化（8/4bit）等功能。

       TRT-LLM的runtime支持chat和stream两种模式，并支持python和cpp（可以直接使用cpp，也可以使用cpp的bybind接口）两种模式的runtime。

       构建离线模型可以通过example下的各个模型的build.py实现，而运行模型则可通过example下的run.py进行。

       TRT-LLM默认支持kv-cache，支持PagedAttention，支持flashattention，支持MHA/MQA/GQA等。

       在cpp下，TRT-LLM实现了许多llm场景下的高性能cuda kernel，并基于TensorRT的plugin机制，支持各种算子调用。

       与hugging face transformers（HF）相比，TRT-LLM在性能上提升2~3倍左右。

       TRT-LLM易用性很强，可能与其LLM模型结构比较固定有关。

       TRT-LLM的weight_only模式仅仅压缩模型体积，计算时依旧是dequant到input.dtype做计算。

       TRT-LLM的量化：W4A（表示weight为4bit，输入数据即activation为fp）。

       LLM模型推理，源码编译方法性能损耗大头在data 搬移，即memory bound，compute bound占比较少。

       TRT-LLM运行时内存可以通过一下参数调整，使用适合当前业务模型的参数即可。

       TRT-LLM对于Batch Manager提供了.a文件，用于支持in-flight batching of requests，来较小队列中的数据排队时间，提高GPU利用率。

       当前支持（0.7.1）的模型如下：

       tensorrt llm需要进行源码编译安装，官方提供的方式为通过docker进行安装。

       docker方式编译可以参考官方文档，此处做进一步说明。使用docker方式，会将依赖的各种编译工具和sdk都下载好，后面会详细分析一下docker的编译过程。

       编译有2种包，一种是仅包含cpp的代码包，一种是cpp+python的wheel包。

       docker的整个编译过程从如下命令开始：调用make，makefile在 docker/Makefile 下面，里面主要是调用了docker命令来进行构建。

       后续非docker方式编译llm，也是基于上述docker编译。

       一些小技巧：在编译llm过程中，会通过pip install一些python包，llm脚本中默认使用了NVIDIA的源，我们可以替换为国内的源，速度快一些。

       整个过程就是将docker file中的过程拆解出来，直接执行，不通过docker来执行。

       编译好的文件位于：build/tensorrt_llm-0.5.0-py3-none-any.whl。

       默认编译选项下的一些编译配置信息如下：

       以官方样例bloom为例：bloom example

       核心在于：编译时使用的环境信息和运行时的环境信息要一致，如：python版本，cuda/cudnn/nccl/tensorrt等。

       环境安装后以后，参考官方bloom样例，进行模型下载，gorm事务源码样例执行即可。

       最终生成的engine模型：

       以chatglm2-6b模型为基础，进行lora微调后，对模型进行参数合并后，可以使用tensortrt-llm的example进行部署，合并后的模型的推理结果和合并前的模型的推理结果一致。

       lora的源码不在赘述，主要看一下lora模型参数是如何合并到base model中的：

       lora模型如下：

       base模型如下：

       模型构建是指将python模型构建为tensort的engine格式的模型。

       整体流程如下：

       整体流程可以总结为：

       可以看出，原理上和模型转换并没有区别，只是实现方式有差异而已。

       pytorch模型参数如何加载在tensortrt-llm中？关于量化参数加载

       1. 先提取fp格式的参数

       2. 调用cpp的实现进行参数量化

       整体而言，模型参数加载的关键在于：算子weight一一对应，拷贝复制。

       每种模型，都需要搭建和pytorch严格一致的模型架构，并将算子weight严格对应的加载到tensortrt-llm模型中

       即：关键点在于：熟悉原始pytorch模型结构和参数保存方式，熟悉tensorrt-llm的模型结构和参数设定方法。

       模型构建成功后，有两个文件：config.json文件推理时会用到，主要内容如下：模型参数信息和plugin信息。

       在模型构建好后，就可以做模型推理，推理流程如下：

       TRT-LLM Python Runtime分析

       1. load_tokenizer

       2. parse_input

       基于 tokenizer 对输入的text做分词，得到分词的id

       3. runner选择&模型加载

       4.推理

       5. 内存管理

       TRT-layer实现举例

       （1）对tensorrt的接口调用：以cast算子为例：functional.py是对TensorRT python API接口的调用

       调用tensorrt接口完成一次推理计算

       （2）TRT-LLM python侧对cpp侧的调用

       调到cpp侧后，就会调用cpp侧的cuda kernel

       trtllm更新快，用了一些高版本的python特性，新的trtllm版本在python3.8上，不一定能跑起来

3. torch.utils里需要掌握的函数

       在深度学习框架PyTorch中，torch.utils模块提供了许多实用工具，帮助我们有效地处理和加载数据。其中几个关键组件包括：

       1. DataLoader：这是数据加载的核心工具，它封装了Dataset类，使得我们可以并行加载和处理数据，提高训练效率。使用DataLoader时，要特别注意add方法的运用。

       2. Dataset：有Map-style的TensorDataset，它允许我们将数据和标签打包成Tensor，基础算法源码便于在索引过程中同时获取数据和对应的标签。源代码如下：

       python

        dataset = TensorDataset(data, labels)

       3. IterableDataset：例如IterableDataset，其加载数据的方式更像迭代器，适用于需要逐批处理的数据源。同样，add方法在使用时也需要注意：

       python

        iterable_dataset = IterableDataset()

        iterable_dataset.add(...)

       4. ConcatDataset和ChainDataset：前者用于连接多个Dataset，后者则适用于连接多个IterableDataset，方便处理多源数据集。

       5. Subset：用于从一个Dataset中提取指定索引序列的子集，这对于数据增强或者验证集划分非常有用。

       通过熟练掌握这些torch.utils中的函数，我们可以更有效地组织和处理数据，提高模型训练的灵活性和性能。

pytorch源码阅读系列之Parameter类

       PyTorch中，weight和bias的管理是通过Parameter类实现的，它在Linear类的初始化函数中起关键作用1。Parameter不仅作为Module类的内置属性，还能自动加入到Module的参数列表中，通过parameters()方法可方便获取。让我们深入理解Parameter类及其在Module中的运用。

       Parameter类的作用主要体现在：作为Module的参数，它能自动注册，并可通过迭代器访问。为了验证，我们自定义一个Net实例，其layer的weight和bias，以及自定义的fun_param都是Parameter类型，都可在Net的named_parameters()中找到2。

       进一步研究Parameter类的__new__()方法，虽然它继承自torch.Tensor，但没有显式的__init__()，实际在Module类的__setattr__()方法中进行参数注册3。当我们在Module实例上设置属性为Parameter时，会触发__setattr__()，其中的逻辑包括删除重复的属性名，确保Parameter类型且Module的初始化函数已执行，然后通过register_parameter()函数将其添加到_module的_parameters属性中。

       总的来说，PyTorch通过在类实例属性赋值时进行自动注册，实现了Parameter与Module的有效集成，确保了网络参数的管理与访问的便捷性4。要了解更多细节，可以参考相关源码链接1,2,3。

       1 github.com/pytorch/pyto...

       2 github.com/pytorch/pyto...

       3 github.com/pytorch/pyto...

部署系列——神经网络INT8量化教程第一讲！

       神经网络量化已经成为广泛应用的技术，特别是INT8量化，它在处理大型模型和提高效率方面扮演着重要角色。2年前，作者通过NCNN和TVM在树莓派上部署简单的分类模型时，主要使用了PTQ量化方法。随着时间的推移，量化技术更加成熟，作者计划分享一系列教程，从基础到实践，重点关注TensorRT的量化方式，同时也会参考其他开源工具如Pytorch、NCNN、TVM和TFLITE。

       量化是将高精度模型转换为低精度计算，如FP转FP或INT8。虽然FP转换基本无损，但INT8量化更常见，因为它能更好地平衡精度和性能。INT8量化后的模型在保持大部分精度的同时，可以利用INT8的硬件优势，如NVIDIA的Tensor Cores。

       量化技术已经在生产环境中广泛应用，各大公司如Google和NVIDIA都有相应的开源解决方案。TensorRT虽然不公开源码，但支持后训练量化，且最新的版本支持ONNX导出的量化模型。Pytorch Quantization是NVIDIA针对Pytorch的量化工具，支持PTQ和QTA。

       在量化操作中，关键的概念是量化和反量化，前者将浮点数转换为整数，后者则是将量化后的值恢复为原始精度。对称量化，如TensorRT采用的，简化了计算，通过调整scale值来适应INT8范围。

       卷积操作是量化的核心，通过im2col和sgemm转换为INT8运算。量化公式涉及scale值的处理，以及pre-tensor和pre-channel的策略，这有助于保持精度并优化计算效率。

       后续内容将深入探讨非对称量化、实际部署中的代码细节，以及TensorRT、Pytorch和TVM的量化实践。如果你对此感兴趣，记得持续关注作者的更新。

强化学习ppo算法源码

       在大模型训练的四个阶段中，强化学习阶段常常采用PPO算法，深入理解PPO算法与语言模型的融合可通过以下内容进行学习。以下代码解析主要参考了一篇清晰易懂的文章。

       通过TRL包中的PPO实现，我们来逐步分析其与语言模型的结合过程。核心代码涉及到question_tensors、response_tensors和rewards，分别代表输入、模型生成的回复和奖励模型对输入加回复的评分。

       训练过程中，trainer.step主要包含以下步骤：

       首先，将question_tensors和response_tensors输入语言模型，获取all_logprobs（每个token的对数概率）、logits_or_none（词表概率）、values（预估收益）和masks（掩码）。其中，如果没有设置return_logits=True，logits_or_none将为None，若设置则为[batch_size, response_length, vocab_size]。

       接着，将输入传递给参考语言模型，得到类似的结果。

       计算reward的过程涉及reference model和reward model，最终的奖励rewards通过compute_rewards函数计算，参考公式1和2。

       计算优势advantage，依据公式3和4调整。

       在epoch和batch中，对question_tensors和response_tensors再次处理，并设置return_logits=True，进入minbatch训练。

       训练中，loss分为critic_loss（评论家损失，参考公式8）和actor_loss（演员损失，参考公式7），两者通过公式9合并，反向传播更新语言模型参数。

       PPO相较于TRPO算法有两大改进：PPO-Penalty通过拉格朗日乘数法限制策略更新的KL散度，体现在actor_loss中的logprobs - old_logprobs；PPO-Clip则在目标函数中设定阈值，确保策略更新的平滑性，pg_losses2（加上正负号）部分体现了这一点。

       对于初学者来说，这个过程可能有些复杂，但理解和实践后，将有助于掌握PPO在语言模型中的应用。参考资源可继续深入学习。

PyTorch源码学习系列 - 2. Tensor

       本系列文章同步发布于微信公众号小飞怪兽屋及知乎专栏PyTorch源码学习-知乎(zhihu.com)，欢迎关注。

       若问初学者接触PyTorch应从何学起，答案非神经网络（NN）或自动求导系统（Autograd）莫属，而是看似平凡却无所不在的张量（Tensor）。正如编程初学者在控制台输出“Hello World”一样，Tensor是PyTorch的“Hello World”，每个初学者接触PyTorch时，都通过torch.tensor函数创建自己的Tensor。

       编写上述代码时，我们已步入PyTorch的宏观世界，利用其函数创建Tensor对象。然而，Tensor是如何创建、存储、设计的？今天，让我们深入探究Tensor的微观世界。

       Tensor是什么？从数学角度看，Tensor本质上是多维向量。在数学里，数称为标量，一维数据称为向量，二维数据称为矩阵，三维及以上数据统称为张量。维度是衡量事物的方式，例如时间是一种维度，销售额相对于时间的关系可视为一维Tensor。Tensor用于表示多维数据，在不同场景下具有不同的物理含义。

       如何存储Tensor？在计算机中，程序代码、数据和生成数据都需要加载到内存。存储Tensor的物理媒介是内存（GPU上是显存），内存是一块可供寻址的存储单元。设计Tensor存储方案时，需要先了解其特性，如数组。创建数组时，会向内存申请一块指定大小的连续存储空间，这正是PyTorch中Strided Tensor的存储方式。

       PyTorch引入了步伐（Stride）的概念，表示逻辑索引的相对距离。例如，一个二维矩阵的Stride是一个大小为2的一维向量。Stride用于快速计算元素的物理地址，类似于C/C++中的多级指针寻址方式。Tensor支持Python切片操作，因此PyTorch引入视图概念，使所有Tensor视图共享同一内存空间，提高程序运行效率并减少内存空间浪费。

       PyTorch将Tensor的物理存储抽象成一个Storage类，与逻辑表示类Tensor解耦，建立Tensor视图和物理存储Storage之间多对一的联系。Storage是声明类，具体实现在实现类StorageImpl中。StorageImp有两个核心成员：Storage和StorageImpl。

       PyTorch的Tensor不仅用Storage类管理物理存储，还在Tensor中定义了很多相关元信息，如size、stride和dtype，这些信息都存在TensorImpl类中的sizes_and_strides_和data_type_中。key_set_保存PyTorch对Tensor的layout、device和dtype相关的调度信息。

       PyTorch创建了一个TensorBody.h的模板文件，在该文件中创建了一个继承基类TensorBase的类Tensor。TensorBase基类封装了所有与Tensor存储相关的细节。在类Tensor中，PyTorch使用代码自动生成工具将aten/src/ATen/native/native_functions.yaml中声明的函数替换此处的宏${ tensor_method_declarations}

       Python中的Tensor继承于基类_TensorBase，该类是用Python C API绑定的一个C++类。THPVariable_initModule函数除了声明一个_TensorBase Python类之外，还通过torch::autograd::initTorchFunctions(module)函数声明Python Tensor相关的函数。

       torch.Tensor会调用C++的THPVariable_tensor函数，该函数在文件torch/csrc/autograd/python_torch_functions_manual.cpp中。在经过一系列参数检测之后，在函数结束之前调用了torch::utils::tensor_ctor函数。

       torch::utils::tensor_ctor在文件torch/csrc/utils/tensor_new.cpp中，该文件包含了创建Tensor的一些工具函数。在该函数中调用了internal_new_from_data函数创建Tensor。

       recursive_store函数的核心在于

       Tensor创建后，我们需要通过函数或方法对其进行操作。Tensor的方法主要通过torch::autograd::variable_methods和extra_methods两个对象初始化。Tensor的函数则是通过initTorchFunctions初始化，调用gatherTorchFunctions来初始化函数，主要分为两种函数：内置函数和自定义函数。