kv-cache : optimize KQ mask construction (#18842)
* kv-cache : optimize KQ mask construction * cont : add explanation + improve * cont : fix
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a89002f07b
commit
2fbde785bc
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@ -200,42 +200,6 @@ uint32_t llama_hparams::n_layer_kv() const {
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return res;
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}
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bool llama_hparams::is_masked_swa(uint32_t n_swa, llama_swa_type swa_type, llama_pos p0, llama_pos p1) {
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assert(p0 >= 0 && p1 >= 0);
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switch (swa_type) {
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case LLAMA_SWA_TYPE_NONE:
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{
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} break;
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case LLAMA_SWA_TYPE_STANDARD:
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{
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if (p1 - p0 >= (int32_t) n_swa) {
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return true;
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}
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} break;
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case LLAMA_SWA_TYPE_CHUNKED:
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{
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const llama_pos pos_chunk_start = (p1 / n_swa) * n_swa;
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if (p0 < pos_chunk_start) {
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return true;
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}
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} break;
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case LLAMA_SWA_TYPE_SYMMETRIC:
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{
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const int32_t half_n_swa = (int32_t) n_swa / 2;
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const int32_t pos_diff = p1 - p0;
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// Mask if outside the symmetric window
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if (pos_diff < -half_n_swa || pos_diff > half_n_swa) {
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return true;
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}
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} break;
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}
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return false;
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}
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bool llama_hparams::use_mrope() const {
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return rope_sections[0] > 0 && rope_sections[1] > 0;
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}
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@ -3,6 +3,7 @@
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#include "llama.h"
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#include <array>
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#include <cassert>
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// bump if necessary
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#define LLAMA_MAX_LAYERS 512
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@ -274,9 +275,45 @@ struct llama_hparams {
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uint32_t n_layer_kv() const;
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// note that this function uses different SWA parameters from those in the hparams
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// note: inlined on purpose for performance reasons
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// TODO: think of a better place for this function
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// TODO: pack the SWA params in a struct?
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static bool is_masked_swa(uint32_t n_swa, llama_swa_type swa_type, llama_pos p0, llama_pos p1);
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||||
static bool is_masked_swa(uint32_t n_swa, llama_swa_type swa_type, llama_pos p0, llama_pos p1) {
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||||
assert(p0 >= 0 && p1 >= 0);
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||||
switch (swa_type) {
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case LLAMA_SWA_TYPE_NONE:
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{
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} break;
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case LLAMA_SWA_TYPE_STANDARD:
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{
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if (p1 - p0 >= (int32_t) n_swa) {
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return true;
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}
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} break;
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case LLAMA_SWA_TYPE_CHUNKED:
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{
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const llama_pos pos_chunk_start = (p1 / n_swa) * n_swa;
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||||
if (p0 < pos_chunk_start) {
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return true;
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}
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} break;
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||||
case LLAMA_SWA_TYPE_SYMMETRIC:
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{
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const int32_t half_n_swa = (int32_t) n_swa / 2;
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||||
const int32_t pos_diff = p1 - p0;
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||||
// Mask if outside the symmetric window
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if (pos_diff < -half_n_swa || pos_diff > half_n_swa) {
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return true;
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}
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} break;
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}
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return false;
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}
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||||
bool use_mrope() const;
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};
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@ -852,7 +852,7 @@ llama_kv_cache::slot_info llama_kv_cache::find_slot(const llama_ubatch & ubatch,
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const llama_seq_id seq_id_cell = cells.seq_get(idx);
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// SWA mask
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if (is_masked_swa(pos_cell, cells.seq_pos_max(seq_id_cell) + 1)) {
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||||
if (llama_hparams::is_masked_swa(n_swa, swa_type, pos_cell, cells.seq_pos_max(seq_id_cell) + 1)) {
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||||
can_use = true;
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}
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}
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@ -1237,6 +1237,197 @@ void llama_kv_cache::set_input_k_shift(ggml_tensor * dst) const {
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}
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}
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struct args_set_input_kq_mask {
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const llama_hparams & hparams;
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const llama_ubatch * ubatch;
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const std::vector<llama_kv_cells> & v_cells;
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||||
const std::vector<uint32_t> & seq_to_stream;
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||||
uint32_t n_swa;
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||||
llama_swa_type swa_type;
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||||
int64_t n_kv;
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||||
int64_t n_stream;
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||||
int64_t n_tps;
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};
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||||
template<bool causal, bool swa, bool is_2d, bool alibi>
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||||
static void set_input_kq_mask_impl(const args_set_input_kq_mask & args, float * data) {
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||||
//const auto & hparams = args.hparams;
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const auto & ubatch = args.ubatch;
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||||
const auto & v_cells = args.v_cells;
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const auto & seq_to_stream = args.seq_to_stream;
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const uint32_t n_swa = args.n_swa;
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const llama_swa_type swa_type = args.swa_type;
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const int64_t n_kv = args.n_kv;
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const int64_t n_stream = args.n_stream;
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const int64_t n_tps = args.n_tps;
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// the min position in the batch for each sequence
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llama_pos seq_pos_min[LLAMA_MAX_SEQ];
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std::fill(seq_pos_min, seq_pos_min + LLAMA_MAX_SEQ, INT32_MAX);
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||||
for (uint32_t i = 0; i < ubatch->n_tokens; ++i) {
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||||
const llama_seq_id seq_id = ubatch->seq_id[i][0];
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||||
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||||
seq_pos_min[seq_id] = std::min(seq_pos_min[seq_id], ubatch->pos[i]);
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||||
}
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||||
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||||
for (uint32_t s = 0; s < n_stream; ++s) {
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||||
// bookeeping of the KQ mask cells that could change for other tokens of the same sequence
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||||
std::unordered_map<llama_seq_id, uint32_t> seq_srct;
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||||
std::unordered_map<llama_seq_id, std::vector<uint32_t>> seq_idxs;
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||||
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||||
for (uint32_t ii = 0; ii < n_tps; ++ii) {
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||||
const uint32_t i = s*n_tps + ii;
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||||
const llama_seq_id seq_id = ubatch->seq_id[i][0];
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const auto & cells = v_cells.at(seq_to_stream[seq_id]);
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llama_pos p0 = -1;
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const llama_pos p1 = ubatch->pos[i];
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||||
// for M-RoPE
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const llama_pos p1_x = is_2d ? ubatch->pos[i + ubatch->n_tokens*2] : 0;
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||||
const llama_pos p1_y = is_2d ? ubatch->pos[i + ubatch->n_tokens] : 0;
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const uint64_t idst = n_kv*i;
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// for tokens of the same sequence, the mask is mostly the same, so we can reuse it
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// the only cells that could change are the ones that are with similar positions as the
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// ones in the batch (i.e. due to causal masking, SWA, etc.)
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||||
// keep track of those cells and shortcut the loop to save time
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// note: this optimization is not compatible with Alibi position encoding
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// ref: https://github.com/ggml-org/llama.cpp/pull/18842
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bool prev = false;
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auto & idxs = seq_idxs[seq_id];
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if (!alibi) {
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||||
if (seq_srct.find(seq_id) != seq_srct.end()) {
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const uint32_t srct = seq_srct[seq_id];
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||||
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||||
const uint64_t idst_prev = n_kv*srct;
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||||
std::copy(data + idst_prev, data + idst_prev + n_kv, data + idst);
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prev = true;
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} else {
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idxs.clear();
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idxs.reserve(ubatch->n_tokens + n_swa + 32);
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seq_srct[seq_id] = i;
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}
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}
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for (uint32_t jj = 0; jj < n_kv; ++jj) {
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uint32_t j = jj;
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// we have an exiting mask for this sequence -> update just seq_idxs
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if (!alibi) {
|
||||
if (prev) {
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||||
if (jj >= idxs.size()) {
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break;
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}
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||||
j = idxs[jj];
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}
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}
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||||
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if (cells.is_empty(j)) {
|
||||
goto skip;
|
||||
}
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||||
// mask the token if not the same sequence
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if (!cells.seq_has(j, seq_id)) {
|
||||
goto skip;
|
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}
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p0 = cells.pos_get(j);
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if (!alibi) {
|
||||
if (!prev) {
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// record all cells for which: p0 >= seq_pos_min[seq_id] - n_swa - 32
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if (p0 + (int32_t) (n_swa + 32) >= seq_pos_min[seq_id]) {
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idxs.push_back(j);
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}
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}
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}
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||||
if (causal) {
|
||||
// mask future tokens
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if (p0 > p1) {
|
||||
goto skip;
|
||||
}
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// M-RoPE causal mask
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if (is_2d) {
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||||
if (p0 == p1) {
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const auto & p0_ext = cells.ext_get(j);
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||||
|
||||
if (p0_ext.is_2d_gt(p1_x, p1_y)) {
|
||||
goto skip;
|
||||
}
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}
|
||||
}
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}
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// apply SWA if any
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||||
if (swa) {
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||||
if (llama_hparams::is_masked_swa(n_swa, swa_type, p0, p1)) {
|
||||
goto skip;
|
||||
}
|
||||
}
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||||
|
||||
if (alibi) {
|
||||
data[idst + j] = -std::abs(p0 - p1);
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||||
} else {
|
||||
data[idst + j] = 0.0f;
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||||
}
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||||
|
||||
continue;
|
||||
skip:
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||||
data[idst + j] = -INFINITY;
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}
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||||
}
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}
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||||
}
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template<bool causal, bool swa, bool is_2d>
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static void set_input_kq_mask_impl(const args_set_input_kq_mask & args, float * data) {
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||||
const bool alibi = args.hparams.use_alibi;
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||||
if (alibi) {
|
||||
set_input_kq_mask_impl<causal, swa, is_2d, true> (args, data);
|
||||
} else {
|
||||
set_input_kq_mask_impl<causal, swa, is_2d, false>(args, data);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
template<bool causal, bool swa>
|
||||
static void set_input_kq_mask_impl(const args_set_input_kq_mask & args, float * data) {
|
||||
const bool is_2d = args.ubatch->is_pos_2d();
|
||||
if (is_2d) {
|
||||
set_input_kq_mask_impl<causal, swa, true> (args, data);
|
||||
} else {
|
||||
set_input_kq_mask_impl<causal, swa, false>(args, data);
|
||||
}
|
||||
}
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||||
|
||||
template<bool causal>
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static void set_input_kq_mask_impl(const args_set_input_kq_mask & args, float * data) {
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||||
const bool swa = args.swa_type != LLAMA_SWA_TYPE_NONE;
|
||||
if (swa) {
|
||||
set_input_kq_mask_impl<causal, true> (args, data);
|
||||
} else {
|
||||
set_input_kq_mask_impl<causal, false>(args, data);
|
||||
}
|
||||
}
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|
||||
void llama_kv_cache::set_input_kq_mask(ggml_tensor * dst, const llama_ubatch * ubatch, bool causal_attn) const {
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||||
const uint32_t n_tokens = ubatch->n_tokens;
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||||
|
||||
|
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@ -1251,74 +1442,29 @@ void llama_kv_cache::set_input_kq_mask(ggml_tensor * dst, const llama_ubatch * u
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|||
// n_tps == n_tokens_per_stream
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||||
const int64_t n_tps = n_tokens/n_stream;
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||||
std::fill(data, data + ggml_nelements(dst), -INFINITY);
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||||
//const int64_t t_start = ggml_time_us();
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||||
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||||
// Use only the previous KV cells of the correct sequence for each token of the ubatch.
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||||
// It's assumed that if a token in the batch has multiple sequences, they are equivalent.
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||||
// Example with a cache of 10 tokens, 2 tokens populated in cache and 3 tokens in batch:
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||||
// Causal mask:
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||||
// xxx-------
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||||
// xxxx------
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||||
// xxxxx-----
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||||
// Non-causal mask:
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||||
// xxxxx-----
|
||||
// xxxxx-----
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||||
// xxxxx-----
|
||||
// To visualize the mask, see https://github.com/ggml-org/llama.cpp/pull/12615
|
||||
// TODO: optimize this section
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||||
for (uint32_t h = 0; h < 1; ++h) {
|
||||
for (uint32_t s = 0; s < n_stream; ++s) {
|
||||
for (uint32_t ii = 0; ii < n_tps; ++ii) {
|
||||
const uint32_t i = s*n_tps + ii;
|
||||
const args_set_input_kq_mask args = {
|
||||
/*.hparams =*/ hparams,
|
||||
/*.ubatch =*/ ubatch,
|
||||
/*.v_cells =*/ v_cells,
|
||||
/*.seq_to_stream =*/ seq_to_stream,
|
||||
/*.n_swa =*/ n_swa,
|
||||
/*.swa_type =*/ swa_type,
|
||||
/*.n_kv =*/ n_kv,
|
||||
/*.n_stream =*/ n_stream,
|
||||
/*.n_tps =*/ n_tps,
|
||||
};
|
||||
|
||||
const llama_seq_id seq_id = ubatch->seq_id[i][0];
|
||||
|
||||
const auto & cells = v_cells[seq_to_stream[seq_id]];
|
||||
|
||||
const llama_pos p1 = ubatch->pos[i];
|
||||
|
||||
// for M-RoPE
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||||
const bool is_2d = ubatch->is_pos_2d();
|
||||
const llama_pos p1_x = is_2d ? ubatch->pos[i + ubatch->n_tokens*2] : 0;
|
||||
const llama_pos p1_y = is_2d ? ubatch->pos[i + ubatch->n_tokens] : 0;
|
||||
|
||||
const uint64_t idst = n_kv*(h*n_stream*n_tps + s*n_tps + ii);
|
||||
|
||||
for (uint32_t j = 0; j < n_kv; ++j) {
|
||||
if (cells.is_empty(j)) {
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// mask the token if not the same sequence
|
||||
if (!cells.seq_has(j, seq_id)) {
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
const llama_pos p0 = cells.pos_get(j);
|
||||
|
||||
// mask future tokens
|
||||
if (causal_attn && p0 > p1) {
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// M-RoPE causal mask
|
||||
if (causal_attn && is_2d && p0 == p1) {
|
||||
const auto & p0_ext = cells.ext_get(j);
|
||||
if (p0_ext.is_2d_gt(p1_x, p1_y)) {
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// apply SWA if any
|
||||
if (is_masked_swa(p0, p1)) {
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
data[idst + j] = hparams.use_alibi ? -std::abs(p0 - p1) : 0.0f;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
if (causal_attn) {
|
||||
set_input_kq_mask_impl<true> (args, data);
|
||||
} else {
|
||||
set_input_kq_mask_impl<false>(args, data);
|
||||
}
|
||||
|
||||
//const int64_t t_end = ggml_time_us();
|
||||
|
||||
//LLAMA_LOG_ERROR("%s: kq mask time: %0.3f ms\n", __func__, (t_end - t_start)/1000.0);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void llama_kv_cache::set_input_pos_bucket(ggml_tensor * dst, const llama_ubatch * ubatch) const {
|
||||
|
|
@ -1483,10 +1629,6 @@ ggml_cgraph * llama_kv_cache::build_graph_shift(llm_graph_result * res, llama_co
|
|||
return gf;
|
||||
}
|
||||
|
||||
bool llama_kv_cache::is_masked_swa(llama_pos p0, llama_pos p1) const {
|
||||
return llama_hparams::is_masked_swa(n_swa, swa_type, p0, p1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void llama_kv_cache::state_write(llama_io_write_i & io, llama_seq_id seq_id, llama_state_seq_flags flags) const {
|
||||
GGML_UNUSED(flags);
|
||||
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -257,8 +257,6 @@ private:
|
|||
size_t size_k_bytes() const;
|
||||
size_t size_v_bytes() const;
|
||||
|
||||
bool is_masked_swa(llama_pos p0, llama_pos p1) const;
|
||||
|
||||
ggml_tensor * build_rope_shift(
|
||||
const llama_cparams & cparams,
|
||||
ggml_context * ctx,
|
||||
|
|
|
|||
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