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基礎知識

Kernel Fusion(カーネル融合)とは?

カーネル融合は、複数の演算を単一のGPUカーネルにまとめ、中間結果のメモリアクセスやカーネル起動の負担を減らす最適化です。

仕組みと使いどころ

通常、GPUではコード中の演算ごとにカーネルが起動し、中間結果がグローバルメモリへ書き込まれ、次の演算で再び読み込まれます。カーネル融合では、依存する演算を一つのカーネルにまとめ、中間値をレジスタなどの高速な領域に保持したまま処理します。PyTorchのInductorは、要素単位の演算、リダクション前後の演算、行列積の前後処理などを融合できます。これによりメモリ転送と起動回数を削減できますが、資料が示す効果は特定の演算例に基づくもので、あらゆるモデルや処理で同じ性能向上を保証するものではありません。

Kernel Fusionの活用例

たとえば、こんな場面で

例えば、要素ごとの乗算、加算、シグモイドを順に行う処理を、torch.compileで一つのカーネルへ融合する活用が考えられます。中間テンソルの書き込みと再読み込みを省き、最終結果だけを保存できます。

使うときのポイント

生成コードを確認し、対象の演算が実際に融合されているかを確かめます。カーネル数やメモリアクセスの削減例を、環境を問わない速度向上として扱わないことが重要です。

参考資料

Why Is PyTorch Compile So Fast: Kernel Fusion - PyTorch (新しいタブで開きます)

用語の説明や活用例に関連する参考資料です。

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