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[WIP] Bf16 support.
This commit is contained in:
276
candle-metal-kernels/src/gemm/utils.h
Normal file
276
candle-metal-kernels/src/gemm/utils.h
Normal file
@ -0,0 +1,276 @@
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// Copyright © 2023 Apple Inc.
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#pragma once
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#include <metal_math>
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#include "gemm/bf16.h"
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#include "gemm/complex.h"
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///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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// Type limits utils
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template <typename U>
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struct Limits {
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||||
static const constant U max = metal::numeric_limits<U>::max();
|
||||
static const constant U min = metal::numeric_limits<U>::min();
|
||||
static const constant U finite_max = metal::numeric_limits<U>::max();
|
||||
static const constant U finite_min = metal::numeric_limits<U>::min();
|
||||
};
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||||
#define instantiate_default_limit(type) \
|
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template <> \
|
||||
struct Limits<type> { \
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||||
static constexpr constant type max = metal::numeric_limits<type>::max(); \
|
||||
static constexpr constant type min = metal::numeric_limits<type>::min(); \
|
||||
static constexpr constant type finite_max = \
|
||||
metal::numeric_limits<type>::max(); \
|
||||
static constexpr constant type finite_min = \
|
||||
metal::numeric_limits<type>::min(); \
|
||||
};
|
||||
|
||||
instantiate_default_limit(uint8_t);
|
||||
instantiate_default_limit(uint16_t);
|
||||
instantiate_default_limit(uint32_t);
|
||||
instantiate_default_limit(uint64_t);
|
||||
instantiate_default_limit(int8_t);
|
||||
instantiate_default_limit(int16_t);
|
||||
instantiate_default_limit(int32_t);
|
||||
instantiate_default_limit(int64_t);
|
||||
|
||||
#define instantiate_float_limit(type) \
|
||||
template <> \
|
||||
struct Limits<type> { \
|
||||
static constexpr constant type max = \
|
||||
metal::numeric_limits<type>::infinity(); \
|
||||
static constexpr constant type min = \
|
||||
-metal::numeric_limits<type>::infinity(); \
|
||||
static constexpr constant type finite_max = \
|
||||
metal::numeric_limits<type>::max(); \
|
||||
static constexpr constant type finite_min = \
|
||||
-metal::numeric_limits<type>::max(); \
|
||||
};
|
||||
|
||||
instantiate_float_limit(half);
|
||||
instantiate_float_limit(float);
|
||||
instantiate_float_limit(bfloat16_t);
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||||
|
||||
template <>
|
||||
struct Limits<bool> {
|
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static constexpr constant bool max = true;
|
||||
static constexpr constant bool min = false;
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||||
};
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||||
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||||
// Indexing utils
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||||
inline size_t elem_to_loc(
|
||||
uint elem,
|
||||
device const int* shape,
|
||||
device const size_t* strides,
|
||||
int ndim) {
|
||||
size_t loc = 0;
|
||||
for (int i = ndim - 1; i >= 0; --i) {
|
||||
loc += (elem % shape[i]) * strides[i];
|
||||
elem /= shape[i];
|
||||
}
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline size_t elem_to_loc(
|
||||
uint elem,
|
||||
constant const int* shape,
|
||||
constant const size_t* strides,
|
||||
int ndim) {
|
||||
size_t loc = 0;
|
||||
for (int i = ndim - 1; i >= 0; --i) {
|
||||
loc += (elem % shape[i]) * strides[i];
|
||||
elem /= shape[i];
|
||||
}
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
template <int NDIM>
|
||||
inline uint2 elem_to_loc_2_nd(
|
||||
uint3 elem,
|
||||
constant const int shape[NDIM],
|
||||
constant const size_t a_strides[NDIM],
|
||||
constant const size_t b_strides[NDIM]) {
|
||||
uint2 loc = {
|
||||
static_cast<uint>(
|
||||
elem.x * a_strides[NDIM - 1] + elem.y * a_strides[NDIM - 2]),
|
||||
static_cast<uint>(
|
||||
elem.x * b_strides[NDIM - 1] + elem.y * b_strides[NDIM - 2])};
|
||||
for (int d = NDIM - 3; d >= 0; --d) {
|
||||
uint l = elem.z % shape[d];
|
||||
loc.x += l * a_strides[d];
|
||||
loc.y += l * b_strides[d];
|
||||
elem.z /= shape[d];
|
||||
}
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
template <int NDIM>
|
||||
inline size_t elem_to_loc_nd(
|
||||
uint3 elem,
|
||||
constant const int shape[NDIM],
|
||||
constant const size_t strides[NDIM]) {
|
||||
size_t loc = elem.x * strides[NDIM - 1] + elem.y * strides[NDIM - 2];
|
||||
for (int d = NDIM - 3; d >= 0; --d) {
|
||||
loc += (elem.z % shape[d]) * strides[d];
|
||||
elem.z /= shape[d];
|
||||
}
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline size_t elem_to_loc_1(uint elem, constant const size_t& stride) {
|
||||
return elem * stride;
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline size_t elem_to_loc_2(uint2 elem, constant const size_t strides[2]) {
|
||||
return elem.x * strides[1] + elem.y * strides[0];
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline size_t elem_to_loc_3(uint3 elem, constant const size_t strides[3]) {
|
||||
return elem.x * strides[2] + elem.y * strides[1] + elem.z * strides[0];
|
||||
}
|
||||
|
||||
// Non templated version to handle arbitrary dims
|
||||
inline size_t elem_to_loc(
|
||||
uint3 elem,
|
||||
constant const int* shape,
|
||||
constant const size_t* strides,
|
||||
int ndim) {
|
||||
size_t loc = elem.x * strides[ndim - 1] + elem.y * strides[ndim - 2];
|
||||
for (int d = ndim - 3; d >= 0; --d) {
|
||||
loc += (elem.z % shape[d]) * strides[d];
|
||||
elem.z /= shape[d];
|
||||
}
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline uint2 elem_to_loc_2_nd(
|
||||
uint3 elem,
|
||||
constant const int* shape,
|
||||
constant const size_t* a_strides,
|
||||
constant const size_t* b_strides,
|
||||
int ndim) {
|
||||
uint2 loc = {
|
||||
static_cast<uint>(
|
||||
elem.x * a_strides[ndim - 1] + elem.y * a_strides[ndim - 2]),
|
||||
static_cast<uint>(
|
||||
elem.x * b_strides[ndim - 1] + elem.y * b_strides[ndim - 2])};
|
||||
for (int d = ndim - 3; d >= 0; --d) {
|
||||
uint l = elem.z % shape[d];
|
||||
loc.x += l * a_strides[d];
|
||||
loc.y += l * b_strides[d];
|
||||
elem.z /= shape[d];
|
||||
}
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
template <int NDIM>
|
||||
inline uint elem_to_loc_nd(
|
||||
uint elem,
|
||||
device const int* shape,
|
||||
device const size_t* strides);
|
||||
|
||||
template <>
|
||||
inline uint elem_to_loc_nd<1>(
|
||||
uint elem,
|
||||
device const int* shape,
|
||||
device const size_t* strides) {
|
||||
return (elem % shape[0]) * strides[0];
|
||||
}
|
||||
|
||||
template <>
|
||||
inline uint elem_to_loc_nd<2>(
|
||||
uint elem,
|
||||
device const int* shape,
|
||||
device const size_t* strides) {
|
||||
uint loc = (elem % shape[1]) * strides[1];
|
||||
elem /= shape[1];
|
||||
loc += (elem % shape[0]) * strides[0];
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
template <>
|
||||
inline uint elem_to_loc_nd<3>(
|
||||
uint elem,
|
||||
device const int* shape,
|
||||
device const size_t* strides) {
|
||||
uint loc = (elem % shape[2]) * strides[2];
|
||||
elem /= shape[2];
|
||||
loc += (elem % shape[1]) * strides[1];
|
||||
elem /= shape[1];
|
||||
loc += (elem % shape[0]) * strides[0];
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
template <>
|
||||
inline uint elem_to_loc_nd<4>(
|
||||
uint elem,
|
||||
device const int* shape,
|
||||
device const size_t* strides) {
|
||||
uint loc = (elem % shape[3]) * strides[3];
|
||||
elem /= shape[3];
|
||||
loc += (elem % shape[2]) * strides[2];
|
||||
elem /= shape[2];
|
||||
loc += (elem % shape[1]) * strides[1];
|
||||
elem /= shape[1];
|
||||
loc += (elem % shape[0]) * strides[0];
|
||||
return loc;
|
||||
}
|
||||
|
||||
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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||||
// Calculation utils
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||||
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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||||
|
||||
/** Compute ceil((float)N/(float)M) */
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||||
inline size_t ceildiv(size_t N, size_t M) {
|
||||
return (N + M - 1) / M;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// https://docs.oracle.com/cd/E19957-01/806-3568/ncg_goldberg.html#1202
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||||
inline float log1p(float x) {
|
||||
float xp1 = 1.0f + x;
|
||||
if (xp1 == Limits<float>::max) {
|
||||
return Limits<float>::max;
|
||||
}
|
||||
if (xp1 == 1.0f) {
|
||||
return x;
|
||||
}
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||||
|
||||
return x * (metal::log(xp1) / (xp1 - 1.0f));
|
||||
}
|
||||
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||||
inline bfloat16_t log1p(bfloat16_t x) {
|
||||
float xp1 = 1.0f + static_cast<float>(x);
|
||||
if (xp1 == Limits<float>::max) {
|
||||
return Limits<bfloat16_t>::max;
|
||||
}
|
||||
if (xp1 == 1.0f) {
|
||||
return x;
|
||||
}
|
||||
|
||||
return bfloat16_t(x * (metal::log(xp1) / (xp1 - 1.0f)));
|
||||
}
|
||||
|
||||
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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||||
// SIMD shuffle ops
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///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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||||
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||||
inline uint64_t simd_shuffle_down(uint64_t data, uint16_t delta) {
|
||||
return as_type<uint64_t>(
|
||||
metal::simd_shuffle_down(as_type<uint2>(data), delta));
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline int64_t simd_shuffle_down(int64_t data, uint16_t delta) {
|
||||
return as_type<int64_t>(
|
||||
metal::simd_shuffle_down(as_type<uint2>(data), delta));
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline bool simd_shuffle_down(bool data, uint16_t delta) {
|
||||
return simd_shuffle_down(static_cast<uint32_t>(data), delta);
|
||||
}
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