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XLA 아키텍처

XLA를 빌드한 이유는 무엇입니까?

XLA가 TensorFlow와 동작하기 위한 몇 가지 목표가 있었습니다.

  • 실행 속도를 향상합니다. 하위 그래프를 컴파일하여 수명이 짧은 연산의 실행 시간을 줄여 TensorFlow 런타임에서 오버헤드를 제거하고, 파이프라인 연산을 융합하여 메모리 오버헤드를 줄이며, 알려진 텐서 형상을 전문화하여 더 적극적이고 지속적인 전파를 허용합니다.

  • 메모리 사용량을 개선합니다. 원칙적으로 많은 중간 저장소 버퍼를 제거하여 메모리 사용량을 분석하고 예약합니다.

  • 사용자 정의 연산에 대한 의존도를 줄입니다. 수동으로 융합된 사용자 정의 연산의 성능과 일치하도록, 자동으로 융합된 하위 수준 연산의 성능을 개선하여 많은 사용자 정의 연산의 필요성을 제거합니다.

  • 모바일 공간을 줄입니다. 하위 그래프를 미리 컴파일하고 다른 애플리케이션에 직접 연결될 수 있는 객체/헤더 파일 쌍을 내보내어 TensorFlow 런타임을 제거합니다. 그 결과 모바일 추론을 위한 공간을 몇 배나 줄일 수 있습니다.

  • 이식성을 향상합니다. 새로운 하드웨어를 위한 새로운 백 엔드를 비교적 쉽게 작성할 수 있습니다. 이 시점에서 TensorFlow 프로그램의 상당 부분이 해당 하드웨어에서 수정되지 않은 상태로 실행됩니다. 이는 새로운 하드웨어를 위한 개별 모놀리식 연산을 전문화하는 접근 방식과 대조됩니다. 해당 연산을 사용하려면 TensorFlow 프로그램을 다시 작성해야 합니다.

XLA는 어떻게 동작합니까?

XLA의 입력 언어는 'HLO IR' 또는 High Level Optimizer(HLO)라고 합니다. HLO의 의미 체계는 연산 의미 체계 페이지에 설명되어 있습니다. HLO를 컴파일러 IR로 생각하는 것이 가장 편리합니다.

XLA는 HLO에 정의된 그래프('계산')를 사용하여 다양한 아키텍처를 위한 머신 명령어로 컴파일합니다. XLA는 일부 새로운 HW 아키텍처를 겨냥하기 위해 대체 백 엔드에 쉽게 끼워 넣을 수 있다는 점에서 모듈식입니다. x64용 및 ARM64용 CPU 백 엔드와 NVIDIA GPU 백 엔드는 TensorFlow 소스 트리에 있습니다.

다음 다이어그램은 XLA의 컴파일 프로세스를 보여줍니다.

XLA에는 CSE, 대상 독립적 연산 융합 및 계산용 런타임 메모리 할당을 위한 버퍼 분석과 같이 대상 독립적인 여러 최적화 및 분석 과정이 제공됩니다.

대상 독립적 단계 후에 XLA는 HLO 계산을 백 엔드로 보냅니다. 백 엔드는 HLO 수준의 추가 최적화를 수행할 수 있으며, 이번에는 대상 특정 정보와 요구 사항을 염두에 두고 있습니다. 예를 들어, XLA GPU 백 엔드는 특히 GPU 프로그래밍 모델에 유익한 연산 융합을 수행하고 계산을 스트림으로 분할하는 방법을 결정할 수 있습니다. 이 단계에서 백 엔드는 최적화된 라이브러리 호출에 특정 연산 또는 그 조합의 패턴을 일치시킬 수도 있습니다.

다음 단계는 대상별 코드 생성입니다. XLA에 포함된 CPU 및 GPU 백 엔드는 하위 수준 IR, 최적화 및 코드 생성을 위해 LLVM을 사용합니다. 이러한 백 엔드는 XLA HLO 계산을 효율적으로 표현하는 데 필요한 LLVM IR을 내보낸 다음 LLVM을 호출하여 이 LLVM IR에서 네이티브 코드를 내보냅니다.

GPU 백 엔드는 현재 LLVM NVPTX 백 엔드를 통해 NVIDIA GPU를 지원합니다. CPU 백 엔드는 여러 CPU ISA를 지원합니다.