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[kda kernel optimization] implement token-parallel intra-chunk attention #653
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| Original file line number | Diff line number | Diff line change | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| @@ -0,0 +1,219 @@ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # Copyright (c) 2023-2025, Songlin Yang, Yu Zhang | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # Token-parallel implementation of KDA intra chunk kernel | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| import torch | ||||||||||||||||||||||||||||||
| import triton | ||||||||||||||||||||||||||||||
| import triton.language as tl | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| from fla.ops.utils.op import exp, exp2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| from fla.utils import autotune_cache_kwargs | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| @triton.heuristics({ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 'IS_VARLEN': lambda args: args['cu_seqlens'] is not None, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| }) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| @triton.autotune( | ||||||||||||||||||||||||||||||
| configs=[ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| triton.Config({'BH': BH}, num_warps=num_warps) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| for BH in [1, 2, 4, 8] # Let autotune choose freely | ||||||||||||||||||||||||||||||
| for num_warps in [1, 2, 4, 8] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ], | ||||||||||||||||||||||||||||||
| key=["K", "H"], | ||||||||||||||||||||||||||||||
| **autotune_cache_kwargs, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| @triton.jit(do_not_specialize=['T', 'B']) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| def chunk_kda_fwd_kernel_intra_token_parallel( | ||||||||||||||||||||||||||||||
| q, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| k, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| g, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| beta, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Aqk, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Akk, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| scale, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| cu_seqlens, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| B, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| T, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| H: tl.constexpr, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| K: tl.constexpr, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| BT: tl.constexpr, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| BH: tl.constexpr, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| USE_EXP2: tl.constexpr, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| IS_VARLEN: tl.constexpr, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ): | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # Each block processes one token (i) for BH heads | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_tg = tl.program_id(0) # global token index | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_hg = tl.program_id(1) # head_group index | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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| i_h_start = i_hg * BH | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
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| if IS_VARLEN: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # Binary search to find which sequence this token belongs to | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # i_tg is the global token index | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # Range [0, B) where B is num_sequences passed from python | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| left = 0 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| right = B | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_n = 0 | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
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| # Unrolled binary search (max B=2^32) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # We can limit iterations based on expected max batch size if needed | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # 20 iterations covers B=1M, usually enough | ||||||||||||||||||||||||||||||
| for _ in range(20): | ||||||||||||||||||||||||||||||
| if left < right: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| mid = (left + right) // 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| end_val = tl.load(cu_seqlens + mid + 1).to(tl.int32) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| if i_tg < end_val: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| right = mid | ||||||||||||||||||||||||||||||
| else: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| left = mid + 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_n = left | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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| bos = tl.load(cu_seqlens + i_n).to(tl.int32) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| eos = tl.load(cu_seqlens + i_n + 1).to(tl.int32) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_t = i_tg - bos | ||||||||||||||||||||||||||||||
| T = eos - bos # Current sequence length | ||||||||||||||||||||||||||||||
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|
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| # Safety check | ||||||||||||||||||||||||||||||
| if i_t >= T or i_tg >= eos: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| return | ||||||||||||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||||||||||
| else: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_b = i_tg // T | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_t = i_tg % T | ||||||||||||||||||||||||||||||
| bos = i_b * T | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| if i_t >= T: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| return | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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| # Find which sub-chunk (BC=16) this token belongs to | ||||||||||||||||||||||||||||||
| BC: tl.constexpr = 16 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_chunk = i_t // BT # which BT=64 chunk | ||||||||||||||||||||||||||||||
| i_subchunk = (i_t % BT) // BC # which BC=16 sub-chunk within the BT chunk | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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| subchunk_start = i_chunk * BT + i_subchunk * BC | ||||||||||||||||||||||||||||||
| subchunk_end = tl.minimum(subchunk_start + BC, T) | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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| o_h = tl.arange(0, BH) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| m_h = (i_h_start + o_h) < H | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| # Marginalize over entire K dimension at once | ||||||||||||||||||||||||||||||
| BK: tl.constexpr = triton.next_power_of_2(K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| o_k = tl.arange(0, BK) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| m_k = o_k < K | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Load q[i_t, h:h+BH, :] - shape [BH, K] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # For varlen, we use global offset: bos + i_t = i_tg | ||||||||||||||||||||||||||||||
| p_q = tl.make_block_ptr(q + (bos + i_t) * H * K, (H, K), (K, 1), | ||||||||||||||||||||||||||||||
| (i_h_start, 0), (BH, BK), (0, 1)) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_q = tl.load(p_q, boundary_check=(0, 1)).to(tl.float32) # [BH, BK] | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Load g[i_t, h:h+BH, :] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| p_g = tl.make_block_ptr(g + (bos + i_t) * H * K, (H, K), (K, 1), | ||||||||||||||||||||||||||||||
| (i_h_start, 0), (BH, BK), (0, 1)) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_g = tl.load(p_g, boundary_check=(0, 1)).to(tl.float32) # [BH, BK] | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Load k[i_t, h:h+BH, :] and beta[i_t, h:h+BH] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| p_k = tl.make_block_ptr(k + (bos + i_t) * H * K, (H, K), (K, 1), | ||||||||||||||||||||||||||||||
| (i_h_start, 0), (BH, BK), (0, 1)) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_k_self = tl.load(p_k, boundary_check=(0, 1)).to(tl.float32) # [BH, BK] | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| p_beta = beta + (bos + i_t) * H + i_h_start + o_h | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_beta = tl.load(p_beta, mask=m_h, other=0).to(tl.float32) # [BH] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_k_self = b_k_self * b_beta[:, None] # [BH, K] | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| for j in range(subchunk_start, tl.minimum(i_t + 1, subchunk_end)): | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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| # Load k[j, h:h+BH, :] with pointer arithmetic | ||||||||||||||||||||||||||||||
| p_k_j = tl.make_block_ptr(k + (bos + j) * H * K, (H, K), (K, 1), | ||||||||||||||||||||||||||||||
| (i_h_start, 0), (BH, BK), (0, 1)) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_k_j = tl.load(p_k_j, boundary_check=(0, 1)).to(tl.float32) # [BH, BK] | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Load g[j, h:h+BH, :] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| p_g_j = tl.make_block_ptr(g + (bos + j) * H * K, (H, K), (K, 1), | ||||||||||||||||||||||||||||||
| (i_h_start, 0), (BH, BK), (0, 1)) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_g_j = tl.load(p_g_j, boundary_check=(0, 1)).to(tl.float32) # [BH, BK] | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Compute gated key for all BH heads: [BH, BK] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| if USE_EXP2: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_k_j_gated = b_k_j * exp2(b_g - b_g_j) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| else: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_k_j_gated = b_k_j * exp(b_g - b_g_j) | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Apply mask for valid K dimension | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_k_j_gated = tl.where(m_k[None, :], b_k_j_gated, 0.0) | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Compute Aqk and Akk for all BH heads: [BH] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_Aqk = tl.sum(b_q * b_k_j_gated, axis=1) * scale # [BH] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # Akk: only accumulate if j < i_t | ||||||||||||||||||||||||||||||
| b_Akk = tl.sum(b_k_self * b_k_j_gated, axis=1) * tl.where(j < i_t, 1.0, 0.0) # [BH] | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Store with [B, T, H, BT] layout (no transpose needed later) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| j_pos = j % BT | ||||||||||||||||||||||||||||||
| offs_h = i_h_start + o_h | ||||||||||||||||||||||||||||||
| offs_out = (bos + i_t) * H * BT + offs_h * BT + j_pos | ||||||||||||||||||||||||||||||
| tl.store(Aqk + offs_out, b_Aqk.to(Aqk.dtype.element_ty), mask=m_h) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| tl.store(Akk + offs_out, b_Akk.to(Akk.dtype.element_ty), mask=m_h) | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| def chunk_kda_fwd_intra_token_parallel( | ||||||||||||||||||||||||||||||
| q: torch.Tensor, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| k: torch.Tensor, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| gk: torch.Tensor, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| beta: torch.Tensor, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Aqk: torch.Tensor, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Akk: torch.Tensor, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| scale: float, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| cu_seqlens: torch.LongTensor | None = None, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| chunk_size: int = 64, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| use_exp2: bool = False, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ) -> None: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| """ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Token-parallel implementation: each token gets its own thread block. | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Only supports fixed-length sequences (cu_seqlens=None). | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Reduces wasted computation on padding. | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| Writes directly to Aqk and Akk tensors (in-place). | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
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||||||||||||||||||||||||||||||
| Args: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| q: [B, T, H, K] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| k: [B, T, H, K] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| gk: [B, T, H, K] cumsum of gates | ||||||||||||||||||||||||||||||
| beta: [B, T, H] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Aqk: [B, T, H, BT] output tensor to write to | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Akk: [B, T, H, BT] output tensor to write to | ||||||||||||||||||||||||||||||
| scale: attention scale | ||||||||||||||||||||||||||||||
| chunk_size: BT (default 64) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| use_exp2: use exp2 vs exp | ||||||||||||||||||||||||||||||
| """ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| B, T, H, K = q.shape | ||||||||||||||||||||||||||||||
| BT = chunk_size | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
| # Grid: (total_tokens, H/BH) - each token gets its own block | ||||||||||||||||||||||||||||||
| if cu_seqlens is not None: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| total_tokens = q.shape[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| # Use num_sequences as B for binary search | ||||||||||||||||||||||||||||||
| B_kernel = len(cu_seqlens) - 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| else: | ||||||||||||||||||||||||||||||
| total_tokens = B * T | ||||||||||||||||||||||||||||||
| B_kernel = B | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
Comment on lines
+192
to
+198
Contributor
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+ total_tokens = int(cu_seqlens[-1].item())📝 Committable suggestion
Suggested change
🤖 Prompt for AI Agents |
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| def grid(meta): | ||||||||||||||||||||||||||||||
| BH = meta['BH'] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| return (total_tokens, triton.cdiv(H, BH)) | ||||||||||||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||||||||||
| chunk_kda_fwd_kernel_intra_token_parallel[grid]( | ||||||||||||||||||||||||||||||
| q=q, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| k=k, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| g=gk, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| beta=beta, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Aqk=Aqk, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Akk=Akk, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| scale=scale, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| cu_seqlens=cu_seqlens, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| B=B_kernel, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| T=T, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| H=H, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| K=K, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| BT=BT, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| USE_EXP2=use_exp2, | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ) | ||||||||||||||||||||||||||||||
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