TVM概述

Posted 2023-02-19 antkillerfarm

TVM

TVM是陈天奇领导的一个DL加速框架项目。它处于DL框架（如tensorflow、pytorch）和硬件后端（如CUDA、OpenCL）之间，兼顾了前者的易用性和后者的执行效率。

官网：

https://tvm.apache.org/

代码：

https://github.com/apache/tvm

论文：

《TVM: End-to-End Optimization Stack for Deep Learning》

和同类项目的差异：

• TFLite和ONNXRuntime只能接收特定格式的模型。而TVM这些都能接收。

• NCNN、MACE之类的项目，一般只考虑了ARM CPU的优化，对于异构计算做的比较少。

• TVM强化了图优化的部分，使之更类似于编译器的架构。

架构

官网：

https://tvm.apache.org/docs/arch/index.html

安装

TVM暂时不支持pip安装，pip install tvm安装的是另一个同名软件。。。

TVM Runtime

TVM采用C/S模式进行部署，其中在target机器上的部分，被称为TVM Runtime。

TVM Runtime的代码通常比较薄，只需要把host发过来的优化结果执行即可。

官方文档：

http://tvm.apache.org/docs/dev/runtime.html

TVM Runtime也是BYOC的重要组成部分。

BYOC：Bring Your Own Codegen

https://tvm.apache.org/2020/07/15/how-to-bring-your-own-codegen-to-tvm

How to Bring Your Own Codegen to TVM

这是中文翻译版：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/337033822

如何在TVM上集成Codegen（上）

https://zhuanlan.zhihu.com/p/337037547

如何在TVM上集成Codegen（下）

示例：

https://github.com/antkillerfarm/antkillerfarm_crazy/blob/master/python/ml/tvm/pytorch2tvm.py

该示例包含以下内容：

1.如何导入pytorch和tflite的模型。

2.local执行和remote执行。

3.使用print(mod.astext(show_meta_data=False))可以打印相关IR的内容。meta data有的时候包含了权重，打印出来意义不大，反而导致其他有意义的部分，淹没在大量的log中，没法看了。

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/369981405

部署TVM Runtime

https://zhuanlan.zhihu.com/p/352988283

TVM学习记录——pytorch

NNVM

NNVM是一个类似于ONNX、NNEF的中间表示。

官网：

https://github.com/dmlc/nnvm

参考：

https://mp.weixin.qq.com/s/qkvX0rmEe0yQ-BhCmWAXSQ

李沐：AWS开源端到端AI框架编译器NNVM

Relay

Relay是TVM中用来替代NNVM的模块，其本身被认为是NNVM第二代。

官网：

https://tvm.apache.org/docs/arch/relay_intro.html

NNVM本质上只能描述传统的计算图，这属于Data Flow的范畴。但是现在的DL框架越来越灵活，不仅能对数据进行计算，还能对数据进行一定的控制处理，也就是所谓的Control Flow（if-else/ADT matching/递归调用）。

论文：

《The Deep Learning Compiler: A Comprehensive Survey》

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/91283238

TVM图编译器Relay简单探究

https://zhuanlan.zhihu.com/p/390087648

Relay IR与Relay Pass

https://mp.weixin.qq.com/s/Kt4xDLo-NRui8Whl0DqcSA

Data Flow和Control Flow

Pass

https://tvm.apache.org/docs/how_to/extend_tvm/use_pass_infra.html

和LLVM类似，TVM的Pass也可分为两类：

ModulePass：将整个程序视作一个单元处理的pass。

FunctionPass：以单个函数为作用域的pass, 每个函数间是相互独立的。

FunctionPass包括了Relay层的tvm.relay.transform.FunctionPass和TIR层的tvm.tir.transform.PrimFuncPass。

部分pass：

• FoldConstant: src/relay/transforms/fold_constant.cc

• AlterOpLayout: src/relay/transforms/alter_op_layout.cc

• Legalize: src/relay/transforms/legalize.cc

• MergeComposite: src/relay/transforms/merge_composite.cc

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/378739411

万字长文入门TVM Pass

https://www.cnblogs.com/wujianming-110117/p/14580172.html

TVM Pass IR如何使用

https://zhuanlan.zhihu.com/p/112813859

Relay Pass in TVM

https://zhuanlan.zhihu.com/p/358437531

pass总结

Schedule Primitives

https://tvm.apache.org/docs/how_to/work_with_schedules/schedule_primitives.html

Layout

TVM默认的input layout: NCHW，kernel layout: OIHW。

Backend

python层面：

python/tvm/relay/op/contrib/ethosn.py

@register_pattern_table("ethos-n")
def pattern_table():
@tvm.ir.register_op_attr("nn.max_pool2d", "target.ethos-n")
def max_pool2d(attrs, args):

relay层面：

src/relay/backend/contrib/ethosn

TVM_REGISTER_GLOBAL("relay.ext.ethos-n").set_body_typed(CompileEthosn);

runtime层面：

src/runtime/contrib/ethosn

test：

tests/python/contrib/test_ethosn

代码分析

TVM建立了一套类型系统：

class BaseExprNode : public Object;
class BaseExpr : public ObjectRef;

根据基类，查看实际类型：

XX->checked_type()

Quantize

microTVM

microTVM可用于那些没有OS的单片机。

官网：

https://tvm.apache.org/docs/arch/microtvm_design.html

从上面的图来看，microTVM只要在单片机的main函数中启动即可，同时参数也可以放到FLASH上。

PS：这种能直接寻址的FLASH，多半是NOR FLASH。

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/337085225

TinyML-TVM是如何驯服Tiny的（上）

https://zhuanlan.zhihu.com/p/337087273

TinyML-TVM是如何驯服Tiny的（下）

参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/139552817

一篇关于深度学习编译器架构的综述论文

https://www.zhihu.com/question/396105855

针对神经网络的编译器和传统编译器的区别和联系是什么？

https://mp.weixin.qq.com/s/8bXwxYyNjdThlGQQ70cgWQ

TVM：端到端自动深度学习编译器，244页ppt

https://zhuanlan.zhihu.com/p/333706468

TVM学习系列blog

https://zhuanlan.zhihu.com/p/163717035

AI编译优化

https://www.zhihu.com/question/267167829

如何看待Tensor Comprehensions？与TVM有何异同？（这个问题下的答案不多，但基本都是陈天奇、贾扬清之类的大佬）

https://mp.weixin.qq.com/s/irvBbPKENiZX9G_6wh5c-Q

陈天奇等人提出TVM：深度学习自动优化代码生成器

https://mp.weixin.qq.com/s/28n8g_epHsYB0I9GVc_lww

陈天奇团队TVM重磅更新：直接在浏览器使用GPU

https://mp.weixin.qq.com/s/7JGLm-hkCZBNDLA98qvWNA

自动生成硬件优化内核：陈天奇等人发布深度学习编译器TVM

https://mp.weixin.qq.com/s/YVIvdMznb3oatIXqD5a5_A

陈天奇等人提出AutoTVM：让AI来编译优化AI系统底层算子

https://mp.weixin.qq.com/s/HquT_mKm7x_rbDGz4Voqpw

阿里巴巴最新实践：TVM+TensorFlow提高神经机器翻译性能

https://zhuanlan.zhihu.com/p/50529704

手把手带你遨游TVM

https://mp.weixin.qq.com/s/z5rsU_uAAaRxgD9YAxDkZA

陈天奇：深度学习编译技术的现状和未来

https://zhuanlan.zhihu.com/p/75203171

如何利用TVM快速实现超越Numpy(MKL)的GEMM

https://zhuanlan.zhihu.com/p/58918363

TVM: Deep Learning模型的优化编译器

https://zhuanlan.zhihu.com/p/87664838

也谈TVM和深度学习编译器

https://mp.weixin.qq.com/s/VE3CySjjS2rTpUDPnKcLTg

陈天奇最新研究：递归模型编译器CORTEX

https://zhuanlan.zhihu.com/p/358585143

深度学习编译器及TVM介绍

https://zhuanlan.zhihu.com/p/360385060

TVM中的scheduler

https://zhuanlan.zhihu.com/p/388452164

tvm or mlir？