zhuzhishi0 2019-06-25
XLA(Accelerated Linear Algebra),线性代数领域专用编译器(demain-specific compiler),优化TensorFlow计算。即时(just-in-time,JIT)编译或提前(ahead-of-time,AOT)编译实现XLA,有助于硬件加速。XLA还在试验阶段。https://www.tensorflow.org/ve... 。
XLA优势。线性代数领域专用编译器,优化TensorFlow计算的执行速度(编译子图减少生命周期较短操作执行时间,融合管道化操作减少内存占用)、内存使用(分析、规划内存使用需求,消除许多中间结果缓存)、自定义操作依赖(提高自动化融合底层操作low-level op性能,达到手动融合自定义操作custom op效果)、移动端内存占用(提前AOT编译子图减少TensorFlow执行时间,共享头文件对被其他程序直接链接)、可移植性方面(为新硬件开发新后端,TensorFlow不需要更改很多代码用在新硬件设备上)。
XLA工作原理。LLVM编译器框架系统,C++编写,优化任意编程语言缩写程序编译时间(compile time)、链接时间(link time)、运行时间(run time)、空闲时间(idle time)。前端解析、验证、论断输入代码错误,解析代码转换LLVM中间表示(intermdediate representation,IR)。IR分析、优化改进代码,发送到代码生成器,产生本地机器代码。三相设计LLVM实现。最重要,LLVM IR。编译器IR表示代码。C->Clang C/C++/ObjC前端、Fortran->llvm-gcc前端、Haskell->GHC前端 LLVM IR-> LLVM 优化器 ->LLVM IR LLVM X86后端->X86、LLVM PowerPC后端->PowerPC、LLVM ARM后端->ARM。http://www.aosabook.org/en/ll... 。
XLA输入语言HLO IR,XLA HLO定义图形,编译成各种体系结构机器指令。编译过程。XLA HLO->目标无关优化分析->XLA HLO->XLA后端->目标相关优化分析->目标特定代码生成。XLA首先进行目标无关优化分析(公共子表达式消除common subexpression elimination CSE,目标无关操作融合,运行时内存缓冲区分析)。XLA将HLO计算发送到后端。后端执行进一步HLO级目标不相关优化分析。XLA GPU后端执行对GPU编程模型有益操作融合,确定计算划分成流。生成目标特定代码。XLA CPU、GPU后端用LLVM中间表示、优化、代码生成。后端用LLVM IR表示XLA HLO计算。XLA 支持x86-64、NVIDIA GPU JIT编译,x86-64、ARM AOT编译。AOT更适合移动、嵌入式深度学习应用。
JIT编译方式。XLA编译、运行TensorFlow计算图一部分。XLA 将多个操作(内核)融合到少量编译内核,融合操作符减少存储器带宽提高性能。XLA 运行TensorFlow计算方法。一,打开CPU、GPU设备JIT编译。二,操作符放在XLA_CPU、XLA_GPU设备。
打开JIT编译。在会话打开。把所有可能操作符编程成XLA计算。
config = tf.ConfigProto() config.graph_options.optimizer_options.global_jit_level = tf.OptimizerOptions.ON_1 sess = tf.Session(config=config)
为一个或多个操作符手动打开JIT编译。属性_XlaCompile = true标记编译操作符。
jit_scope = tf.contrib.compiler.jit.experimental_jit_scope x = tf.placeholder(np.float32) with jit_scope(): y = tf.add(x, x)
操作符放在XLA设备。有效设备XLA_CPU、XLA_GPU:
with tf.device("/job:localhost/replica:0/task:0/device:XLA_GPU:0"): output = tf.add(input1, input2)
JIT编译MNIST实现。https://github.com/tensorflow... 。
不使用XLA运行。
python mnist_softmax_xla.py --xla=false
运行完成生成时间线文件timeline.ctf.json,用Chrome跟踪事件分析器 chrome://tracing,打开时间线文件,呈现时间线。左侧列出GPU,可以看操作符时间消耗情况。
用XLA训练模型。
TF_XLA_FLAGS=--xla_generate_hlo_graph=.* python mnist_softmax_xla.py
XLA框架处于试验阶段,AOT主要应用场景内存较小嵌入式设备、手机、树莓派。
from __future__ import absolute_import from __future__ import division from __future__ import print_function import argparse import sys import tensorflow as tf from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data from tensorflow.python.client import timeline FLAGS = None def main(_): # Import data mnist = input_data.read_data_sets(FLAGS.data_dir, one_hot=True) # Create the model x = tf.placeholder(tf.float32, [None, 784]) w = tf.Variable(tf.zeros([784, 10])) b = tf.Variable(tf.zeros([10])) y = tf.matmul(x, w) + b # Define loss and optimizer y_ = tf.placeholder(tf.float32, [None, 10]) # The raw formulation of cross-entropy, # # tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(y_ * tf.log(tf.nn.softmax(y)), # reduction_indices=[1])) # # can be numerically unstable. # # So here we use tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits on the raw # outputs of 'y', and then average across the batch. cross_entropy = tf.reduce_mean( tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=y_, logits=y)) train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.5).minimize(cross_entropy) config = tf.ConfigProto() jit_level = 0 if FLAGS.xla: # Turns on XLA JIT compilation. # 开启XLA JIT编译 jit_level = tf.OptimizerOptions.ON_1 config.graph_options.optimizer_options.global_jit_level = jit_level run_metadata = tf.RunMetadata() sess = tf.Session(config=config) tf.global_variables_initializer().run(session=sess) # Train # 训练 train_loops = 1000 for i in range(train_loops): batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(100) # Create a timeline for the last loop and export to json to view with # chrome://tracing/. # 在最后一次循环创建时间线文件,用chrome://tracing/打开分析 if i == train_loops - 1: sess.run(train_step, feed_dict={x: batch_xs, y_: batch_ys}, options=tf.RunOptions(trace_level=tf.RunOptions.FULL_TRACE), run_metadata=run_metadata) trace = timeline.Timeline(step_stats=run_metadata.step_stats) with open('timeline.ctf.json', 'w') as trace_file: trace_file.write(trace.generate_chrome_trace_format()) else: sess.run(train_step, feed_dict={x: batch_xs, y_: batch_ys}) # Test trained model correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y, 1), tf.argmax(y_, 1)) accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32)) print(sess.run(accuracy, feed_dict={x: mnist.test.images, y_: mnist.test.labels})) sess.close() if __name__ == '__main__': parser = argparse.ArgumentParser() parser.add_argument( '--data_dir', type=str, default='/tmp/tensorflow/mnist/input_data', help='Directory for storing input data') parser.add_argument( '--xla', type=bool, default=True, help='Turn xla via JIT on') FLAGS, unparsed = parser.parse_known_args() tf.app.run(main=main, argv=[sys.argv[0]] + unparsed)
参考资料:
《TensorFlow技术解析与实战》
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