Real Bottlenck of Transformer

Transformer真正的优化瓶颈在哪里?

Posted by Kylin on December 10, 2023

[TOC]

***关键瓶颈

这个问题主要是看你从什么方面看

1)从roofline model角度上看:

  • 如果是对于transformer,优化瓶颈在于att (flash & flat) 的两个matmuls。为什么呢?因为这部分是memory-bound的:

    • 这部分是activation-activation计算,存在内存(GPU内)切换
    • activation计算涉及softmax这样的操作

    表现就是,即使增大batchsize,也不会缓解。

  • 如果是LLM,优化瓶颈是在W_qkv,W_o,FFN$\times$2这些位置 (flashllm),为什么呢?因为decode阶段的存在,这部分都是瘦矩阵参与计算,用不了tensorcore的并行性

2)从长文本上看:

  • 性能上看:主要是计算和储存二次方的问题
  • 最近听到一种有趣的说法,说瓶颈是在softmax(即使flash att也不能缓解)

softmax 这个时间确实会变长是长序列的瓶颈, 因为现在self-attention主流大家都在都在用flash attention 来加速, softmax这个计算本身无法并行, 再加入每一个新的元素需要scale来防止益处, flash attention softmax走的是 Online softmax, 多切出一个并行维度来先算local softmax 再合并来实现对这一计算的并行, 但前段时间自己试着把 sequence维度拉长后用flash attention是会报错的, 太长序列合在一个算子搞会超出Nv卡本身硬件计算上的一些block size限制, 长序列想继续走flash attention自己肯定要做改进的

这种不需要通信的softmax平替 有前途吗 https://arxiv.org/abs/2402.10930

Ring attention可以吗?我是觉得ring起来可以以通信换一些显存和并行数量,也许可以解决你遇到的问题,不过softmax每个新block只会更新全局max吧,我记得rescale不是被解决了吗

ring的原理和flash一样,相当于吧一张卡当一个local,算完以后再规约

ring att原始文章 https://arxiv.org/abs/2105.13120

不太理解,不管是ring 还是flash attr ,任何其他的推理优化也好,要么就是靠算力省显存,要么拿空间换显存……矩阵的计算量变少了吗?如果计算量没有指数级的变少,那根本节省不了任何成本啊。分布式的计算,只是把计算分摊给了其他显卡,还额外增加了IO。尽量用SRAM确实少了IO,但是计算量并没有大的变化吧……所以,这200万汉字真的是完全没有稀释操作???kimi 家有金矿?求大佬解惑

Megatron-LM已经有对context parallel的支持了

https://docs.nvidia.com/megatron-core/developer-guide/latest/api-guide/context_parallel.html

Uless切的是 hidden dim 维度,softmax 还是需要完整序列,两个并不冲突,现在长序列都会同时用,但softmax的瓶颈还是会在

Reference

[^ 2]: Kao, Sheng-Chun, et al. “FLAT: An Optimized Dataflow for Mitigating Attention Bottlenecks.” Proceedings of the 28th ACM International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, Volume 2. 2023.

[^ 3]: Williams, Samuel, Andrew Waterman, and David Patterson. “Roofline: an insightful visual performance model for multicore architectures.” Communications of the ACM 52.4 (2009): 65-76. [^ 4]: Yang, Guo, et al. “Dynamic Stashing Quantization for Efficient Transformer Training.” arXiv preprint arXiv:2303.05295 (2023).