Cuda Tensor Core
要保持张量核心持续运行并不容易。
研究人员发现GPU硬件具有一些特性，对于保持矩阵乘法的运行非常重要：
-
WGMMA指令虽然是必要的，但使用起来颇为麻烦。
-
共享内存的速度并不如预期的快，使用时还需格外注意。
-
生成地址的成本较高。
-
保持高占用率对于提升性能是有益的，寄存器至关重要
早期GPU中的张量核心指令如wmma.mma.sync和mma.sync，要求SM一个子单元内的32个线程的一个warp同步传输数据块至张量核心并等待结果。
wgmma.mma_async指令则不同。它允许128个连续线程跨SM所有子单元协作同步，并从共享内存及寄存器（可选）异步启动矩阵乘法。这使得这些warp在等待矩阵乘法结果时可以处理其他任务。
然而，这些指令的内存布局极其复杂。未重排的共享内存布局合并性差，需要额外的L2带宽。重排的内存布局记录不准确，研究人员花费了大量时间才弄明白。最终发现，这些布局只适用于特定矩阵形状，并与wgmma.mma_async指令的其他部分不兼容，例如硬件仅在未重排的布局下转置子矩阵。
此外，未重排的wgmma布局内存合并性差且有bank conflicts。尽管TMA和L2缓存在如flash attention这类内核上能较好地掩盖这些问题，但要充分利用硬件，必须精心控制内存请求的合并和避免bank conflicts。
TMA允许用户在全局和共享内存中指定多维张量布局，命令其异步提取张量的一部分，并在完成后触发一个屏障。这大大节省了地址生成的开销，并简化了pipelines的构建。
| Volta | Turing | Ampere | Hopper | |
|---|---|---|---|---|
| Base Size* | 64个F16(4x4x4) | 64个F16(4x4x4) | 256个F16(8x4x8) | 512个F16(8x4x16) |
| tensorCore个数 | 672(8/SM) | 576(8/SM) | 512(4/SM) | 576(4/SM) |
| SM内算力* | 512个F16 | 512个F16 | 1024个F16 | 2048个F16 |
| 总算力 FOPS(F16) | 125T | 130.5T | 312T | 1000T |
| boost clock(MHz) | 1530 | 1455 | 1410 | ≈A100x1.3 |
| FP64 | - | - | √ | √ |
| TF32 | - | - | √ | √ |
| BF16 | - | - | √ | √ |
| FP16 | √ | √ | √ | √ |
| FP8 | - | - | - | √ |
| INT8/UINT8 | - | √ | √ | √ |
| INT4/UINT4 | - | √ | √ | - |
| INT1 | - | √ | √ | - |
| Volta | Turing | Ampere | Hopper | |
|---|---|---|---|---|
| SM/TPC | 2 | 2 | 2 | 2 |
| process blocks/SM | 4 | 4 | 4 | 4 |
| FP64/PB | 8 | - | 8 | 16 |
| FP32/PB | 16 | 16 | 16 | 32 |
| INT32/PB | 16 | 16 | 16 | 16 |
| tensorCore/PB | 2 | 2 | 1 | 1 |
| LSU/PB | 8 | 4 | 8 | 8 |
| register file | 64KB(16384*32bit) | 64KB(16384*32bit) | 64KB(16384*32bit) | 64KB(16384*32bit) |
| L0 ICache/PB | 1 | 1 | 1 | 1 |
| L1/SHM/SM | 128KB | 96KB | 192KB | 256KB |
| warp scheduler/PB | 1(32thread/clk) | 1(32thread/clk) | 1(32thread/clk) | 1(32thread/clk) |
| dispatch uint/PB | 1(32thread/clk) | 1(32thread/clk) | 1(32thread/clk) | 1(32thread/clk) |
tensorCore的启动是依靠SM内的thread（warp）共同完成的，每个thread能提供的数据个数是相同的，因此统计这个算力能有助于分析SM内部的thread和tensorCore之间的调度方式
No Comments