As AI chips incorporate numerous parallelized cores to scale deep learning (DL) computing, inter-core communication is enabled recently by employing high-bandwidth and low-latency interconnect links on the chip (e.g., Graphcore IPU). It allows each core to directly access the fast scratchpad memory in other cores, which enables new parallel computing paradigms. However, without proper support for the scalable inter-core connections in current DL compilers, it is hard for developers to exploit the benefits of this new architecture. We present T10, the first DL compiler to exploit the inter-core communication bandwidth and distributed on-chip memory on AI chips. To formulate the computation and communication patterns of tensor operators in this new architecture, T10 introduces a distributed tensor abstraction rTensor. T10 maps a DNN model to execution plans with a generalized compute-shift pattern, by partitioning DNN computation into sub-operators and mapping them to cores, so that the cores can exchange data following predictable patterns. T10 makes globally optimized trade-offs between on-chip memory consumption and inter-core communication overhead, selects the best execution plan from a vast optimization space, and alleviates unnecessary inter-core communications. Our evaluation with a real inter-core connected AI chip, the Graphcore IPU, shows up to 3.3$\times$ performance improvement, and scalability support for larger models, compared to state-of-the-art DL compilers and vendor libraries.


翻译:随着AI芯片集成大量并行化核心以扩展深度学习计算能力,近期通过在芯片上采用高带宽、低延迟的互连链路(如Graphcore IPU),实现了核间通信。这使得每个核心能够直接访问其他核心的快速暂存存储器,从而催生了新的并行计算范式。然而,由于当前深度学习编译器缺乏对可扩展核间连接的适当支持,开发者难以充分利用这一新型架构的优势。本文提出T10——首个利用AI芯片上核间通信带宽与分布式片上存储器的深度学习编译器。为描述该架构中张量算子的计算与通信模式,T10引入了分布式张量抽象rTensor。通过将DNN计算划分为子算子并映射至不同核心,T10采用广义计算-移位模式将神经网络模型映射为执行方案,使各核心能按可预测模式交换数据。T10在片上存储器消耗与核间通信开销之间进行全局优化权衡,从庞大的优化空间中选取最佳执行方案,并消除不必要的核间通信。基于真实核间互联AI芯片Graphcore IPU的评估表明,相较于最先进的深度学习编译器及厂商库,T10最高可实现3.3倍的性能提升,并为更大规模模型提供可扩展性支持。

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