diff --git a/doc/design/mkldnn/README.MD b/doc/design/mkldnn/README.MD index ec29ae5fb6bcd5cb82db64924d77d652343f5ff3..e956994431fbb43438c56dcd96ad8313cf516090 100644 --- a/doc/design/mkldnn/README.MD +++ b/doc/design/mkldnn/README.MD @@ -4,106 +4,107 @@ 我们短期内的基本目标是： -- 完成常用layer的MKLDNN实现。 -- 完成常见深度神经网络VGG，GoogLeNet 和 ResNet的MKLDNN实现。 +- 完成常用layer的MKL-DNN实现。 +- 完成常见深度神经网络VGG，GoogLeNet 和 ResNet的MKL-DNN实现。 ## Contents -- [Overall](#overall) -- [Details](#details) - - [Cmake](#cmake) - - [Layer](#layer) - - [Activation](#activation) - - [Unit Test](#unit-test) - - [Proto](#proto) +- [Overview](#overview) +- [Actions](#actions) + - [CMake](#cmake) + - [Layers](#layers) + - [Activations](#activations) + - [Unit Tests](#unit-tests) + - [Protobuf Messages](#protobuf-messages) - [Python API](#python-api) - - [Demo](#demo) - - [Benchmark](#benchmark) + - [Demos](#demos) + - [Benchmarking](#benchmarking) - [Others](#others) -- [KeyPoints](#keypoints) +- [Design Concerns](#design-concerns) -## Overall +## Overview -我们会把MKLDNN作为第三方库集成进PaddlePaddle，整体框架图 +我们会把MKL-DNN作为第三方库集成进PaddlePaddle，整体框架图

Figure 1. PaddlePaddle on IA.
-## Details +## Actions 我们把集成方案大致分为了如下几个方面。 -### Cmake -我们会在`CMakeLists.txt`中会添加`WITH_MKLDNN`的选项，当设置这个值为`ON`的时候会启用编译MKLDNN功能。同时会自动开启`OpenMP`用于提高MKLDNN的性能。 +### CMake +我们会在`CMakeLists.txt`中会添加`WITH_MKLDNN`的选项，当设置这个值为`ON`的时候会启用编译MKL-DNN功能。同时会自动开启OpenMP用于提高MKL-DNN的性能。 -为了让PaddlePaddle更好的发挥MKLDNN的性能，我们还会引入`WITH_MKLML`的选项，用于选择是否用MKLDNN自带的MKLML的安装包。这个安装包可以独立于MKLDNN使用，但是建议在开启MKLDNN的同时也打开MKLML的开关，这样才能发挥最好的性能。 +同时，我们会引入`WITH_MKLML`选项，用于选择是否使用MKL-DNN自带的MKLML安装包。这个安装包可以独立于MKL-DNN使用，但是建议在开启MKL-DNN的同时也打开MKLML的开关，这样才能发挥最好的性能。 -所以，我们会在`cmake\external`新建`MKLDNN.cmake`和`MKLML.cmake`文件，并作为第三方库安装到PaddlePaddle的third party目录中。 +所以，我们会在`cmake/external`目录新建`mkldnn.cmake`和`mklml.cmake`文件，它们会在编译PaddlePaddle的时候下载对应的软件包，并放到PaddlePaddle的third party目录中。 -**备注**：当`WITH_MKLML=ON`的时候，会优先使用这个包作为PaddlePaddle的Cblas和Lapack库，所以会稍微改动`cmake\cblas.cmake`中的逻辑。 +**备注**：当`WITH_MKLML=ON`的时候，会优先使用这个包作为PaddlePaddle的CBLAS和LAPACK库，所以会稍微改动`cmake/cblas.cmake`中的逻辑。 -### Layer -所有的layer相关的C++代码，都会在按照PaddlePaddle的目录结构存放在 -`paddle\gserver\layers`中，文件名以*Mkldnn*开头。 +### Layers +所有MKL-DNN相关的C++ layers，都会按照PaddlePaddle的目录结构存放在 +`paddle/gserver/layers`中，并且文件名都会一以*Mkldnn*开头。 -所有MKLDNN的Layer都会继承于一个MKLDNN的父类layer，这个父类mkldnnlayer继承于Paddle的基类layer。 +所有MKL-DNN的layers都会继承于一个叫做`MkldnnLayer`的父类，该父类继承于PaddlePaddle的基类`Layer`。 -### Activation -由于在PaddlePaddle中，激活函数是独立于layer概念的，所以会在`paddle\gserver\activations`目录下添加一个`MkldnnActivation.h`文件定义一些用于MKLDNN的接口，实现方法还是在`ActivationFunction.cpp`里面 +### Activations +由于在PaddlePaddle中，激活函数是独立于layer概念的，所以会在`paddle/gserver/activations`目录下添加一个`MkldnnActivation.h`文件定义一些用于MKL-DNN的接口，实现方法还是会在`ActivationFunction.cpp`文件。 -### Unit Test -会在`paddle\gserver\test`目录下添加`test_Mkldnn.cpp`和`MkldnnTester.*`用于mkldnn的测试。 +### Unit Tests +会在`paddle/gserver/test`目录下添加`test_Mkldnn.cpp`和`MkldnnTester.*`用于MKL-DNN的测试。 -Activation的测试，计划在Paddle原有的测试文件上直接添加测试type。 +Activation的测试，计划在PaddlePaddle原有的测试文件上直接添加新的测试type。 -### Proto -根据具体layer的需求可能会在`proto\ModelConfig.proto`里面添加必要的选项。 +### Protobuf Messages +根据具体layer的需求可能会在`proto/ModelConfig.proto`里面添加必要的选项。 ### Python API 目前只考虑**v1 API**。 -计划在`python/paddle/trainer/config_parser.py`里面添加`use_mkldnn`这个选择，方便user选择使用mkldnn的layers。 +计划在`python/paddle/trainer/config_parser.py`里面添加`use_mkldnn`这个选择，方便用户选择使用MKL-DNN的layers。 具体实现方式比如： +```python +use_mkldnn = bool(int(g_command_config_args.get("use_mkldnn", 0))) +if use_mkldnn + self.layer_type = mkldnn_* +``` - use_mkldnn = bool(int(g_command_config_args.get("use_mkldnn", 0))) - if use_mkldnn - self.layer_type = mkldnn_* +所有MKL-DNN的layer type会以*mkldnn_*开头，以示区分。 -所有mkldnn的type会以"mkldnn_"开头，以示区分。 +并且可能在`python/paddle/trainer_config_helper`目录下的`activations.py `和`layers.py`里面添加必要的MKL-DNN的接口。 -并且可能在`python/paddle/trainer_config_helper`目录下的`activations.py `和`layers.py`里面添加必要的mkldnn的接口。 +### Demos -### Demo +会在`v1_api_demo`目录下添加一个`mkldnn`的文件夹，里面放入一些用于MKL-DNN测试的demo脚本。 -会在`v1_api_demo`目录下添加一个`mkldnn`的文件夹，里面放入一些用于mkldnn测试的demo脚本。 - -### Benchmark -会考虑添加部分逻辑在`benchmark\paddle\image\run.sh`，添加使用mkldnn的测试。 +### Benchmarking +会考虑添加部分逻辑在`benchmark/paddle/image/run.sh`，添加使用MKL-DNN的测试。 ### Others -1. 如果在使用MKLDNN的情况下，会把CPU的Buffer对齐为64。 -2. 深入PaddlePaddle，寻找有没有其他可以优化的可能，进一步优化。比如可能会用`OpenMP`改进SGD的更新性能。 +1. 如果在使用MKL-DNN的情况下，会把CPU的Buffer对齐为64。 +2. 深入PaddlePaddle，寻找有没有其他可以优化的可能，进一步优化。比如可能会用OpenMP改进SGD的更新性能。 -## KeyPoints +## Design Concerns -为了更好的符合PaddlePaddle的代码风格\[[2](#references)\]，同时又尽可能少的牺牲MKLDNN的性能\[[3](#references)\]。 +为了更好的符合PaddlePaddle的代码风格\[[2](#references)\]，同时又尽可能少的牺牲MKL-DNN的性能\[[3](#references)\]。 我们总结出一些特别需要注意的点： -1. 使用**deviceId_**。为了尽可能少的在父类Layer中添加变量或者函数，我们决定使用已有的`deviceId_`变量来区分layer的属性，定义`-2`为**MkldnnLayer**特有的设备ID。 -2. 重写父类Layer的**init**函数，修改`deviceId_`为`-2`，代表这个layer是用于跑在MKLDNN的环境下。 -3. 创建**MkldnnMatrix**，用于管理MKLDNN会用到的相关memory函数、接口以及会用的到格式信息。 -4. 创建**MkldnnBase**，定义一些除了layer和memory相关的类和函数。包括MKLDNN会用到Stream和CpuEngine，和未来可能还会用到FPGAEngine等。 -5. 在**Argument**里添加两个MkldnnMatrixPtr，取名为mkldnnValue和mkldnnGrad，用于存放MkldnnLayer会用到的memory buffer。 并且添加函数cvt(会修改为一个更加合适的函数名)，用于处理"CPU device"和"MKLDNN device"之间memory的相互转化。 -6. 在父类Layer中的**getOutput**函数中添加一段逻辑，用于判断`deviceId`，并针对device在MKLDNN和CPU之间不统一的情况，做一个前期转换。 也就是调用`Argument`的cvt函数把output统一到需要的device上。 -7. 在原来的`FLAGS`中添加一个`use_mkldnn`的flag，用于选择是否使用MKLDNN的相关功能。 +1. 使用**deviceId_**。为了尽可能少的在父类Layer中添加变量或者函数，我们决定使用已有的`deviceId_`变量来区分layer的属性，定义`-2`为`MkldnnLayer`特有的设备ID。 +2. 重写父类Layer的**init**函数，修改`deviceId_`为`-2`，代表这个layer是用于跑在MKL-DNN的环境下。 +3. 创建`MkldnnMatrix`，用于管理MKL-DNN会用到的相关memory函数、接口以及会用的到格式信息。 +4. 创建`MkldnnBase`，定义一些除了layer和memory相关的类和函数。包括MKL-DNN会用到`MkldnnStream`和`CpuEngine`，和未来可能还会用到`FPGAEngine`等。 +5. 在**Argument**里添加两个`MkldnnMatrixPtr`，取名为`mkldnnValue`和`mkldnnGrad`，用于存放`MkldnnLayer`会用到的memory buffer。 并且添加函数cvt(会修改为一个更加合适的函数名)，用于处理"CPU device"和"MKL-DNN device"之间memory的相互转化。 +6. 在父类`Layer`中的`getOutput`函数中添加一段逻辑，用于判断`deviceId`，并针对device在MKL-DNN和CPU之间不统一的情况，做一个前期转换。 也就是调用`Argument`的cvt函数把output统一到需要的device上。 +7. 在原来的`FLAGS`中添加一个`use_mkldnn`的flag，用于选择是否使用MKL-DNN的相关功能。 ## References 1. [Intel Math Kernel Library for Deep Neural Networks (Intel MKL-DNN)](https://github.com/01org/mkl-dnn "Intel MKL-DNN") 2. [原来的方案](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/pull/3096)会引入**nextLayer**的信息。但是在PaddlePaddle中，无论是重构前的layer还是重构后的op，都不会想要知道next layer/op的信息。 -3. MKLDNN的高性能格式与PaddlePaddle原有的`NCHW`不同(PaddlePaddle中的cudnn部分使用的也是`NCHW`，所以不存在这个问题)，所以需要引入一个转换方法，并且只需要在必要的时候转换这种格式，才能更好的发挥MKLDNN的性能。 +3. MKL-DNN的高性能格式与PaddlePaddle原有的`NCHW`不同(PaddlePaddle中的CUDNN部分使用的也是`NCHW`，所以不存在这个问题)，所以需要引入一个转换方法，并且只需要在必要的时候转换这种格式，才能更好的发挥MKL-DNN的性能。