Graph neural networks (GNNs) have shown significant accuracy improvements in a variety of graph learning domains, sparking considerable research interest. To translate these accuracy improvements into practical applications, it is essential to develop high-performance and efficient hardware acceleration for GNN models. However, designing GNN accelerators faces two fundamental challenges: the high bandwidth requirement of GNN models and the diversity of GNN models. Previous works have addressed the first challenge by using more expensive memory interfaces to achieve higher bandwidth. For the second challenge, existing works either support specific GNN models or have generic designs with poor hardware utilization. In this work, we tackle both challenges simultaneously. First, we identify a new type of partition-level operator fusion, which we utilize to internally reduce the high bandwidth requirement of GNNs. Next, we introduce partition-level multi-threading to schedule the concurrent processing of graph partitions, utilizing different hardware resources. To further reduce the extra on-chip memory required by multi-threading, we propose fine-grained graph partitioning to generate denser graph partitions. Importantly, these three methods make no assumptions about the targeted GNN models, addressing the challenge of model variety. We implement these methods in a framework called SwitchBlade, consisting of a compiler, a graph partitioner, and a hardware accelerator. Our evaluation demonstrates that SwitchBlade achieves an average speedup of $1.85\times$ and energy savings of $19.03\times$ compared to the NVIDIA V100 GPU. Additionally, SwitchBlade delivers performance comparable to state-of-the-art specialized accelerators.


翻译:图神经网络(GNN)在多种图学习领域展现出显著的准确性提升,引发了广泛的研究兴趣。为将这些准确性改进转化为实际应用,必须为GNN模型开发高性能且高效的硬件加速方案。然而,设计GNN加速器面临两大根本挑战:GNN模型的高带宽需求以及模型多样性。先前的工作通过使用更昂贵的内存接口来满足更高带宽需求,从而解决了第一个挑战。针对第二个挑战,现有工作要么仅支持特定GNN模型,要么采用通用设计但硬件利用率低下。在本工作中,我们同时应对了这两项挑战。首先,我们识别出一种新型的分区级算子融合,并利用其从内部降低GNN的高带宽需求。其次,我们引入分区级多线程技术来调度图分区的并发处理,并充分利用不同硬件资源。为进一步减少多线程所需的额外片上内存,我们提出了细粒度图划分方法以生成更密集的图分区。重要的是,这三种方法均不对目标GNN模型做出任何假设,从而解决了模型多样性的挑战。我们将这些方法实现于一个名为SwitchBlade的框架中,该框架由编译器、图分区器和硬件加速器组成。评估表明,与NVIDIA V100 GPU相比,SwitchBlade实现了平均1.85倍的加速比和19.03倍的能耗节省。此外,SwitchBlade的性能与最先进的专用加速器相当。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月5日
Arxiv
14+阅读 · 2021年7月20日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员