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llama2.c

실행

M1 Pro:

$ ./run stories15M.bin -t 0
Once upon a time, there was a little girl named Lily.
...
achieved tok/s: 112.314709

DGX Station A100:
achieved tok/s: 72.649573
128개 코어 중 하나만 사용하며 M1에 비해 늦다.

Quantization

quantized model은 DGX에서 multithreads로 실행할 때 3x ↑

matmul() 함수를 비교하면 다음과 같다.

// run.c
void matmul(float* xout, float* x, float* w, int n, int d) {
    // W (d,n) @ x (n,) -> xout (d,)
    for (i = 0; i < d; i++) {
        float val = 0.0f;
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            val += w[i * n + j] * x[j];
        }
        xout[i] = val;
    }
}

// runq.c
void matmul(float* xout, QuantizedTensor *x, QuantizedTensor *w, int n, int d) {
    // W (d,n) @ x (n,) -> xout (d,)
    for (i = 0; i < d; i++) {
        float val = 0.0f;
        int32_t ival = 0;
        int in = i * n;
        for (int j = 0; j <= n - GS; j += GS) {
            for (int k = 0; k < GS; k++) {
                ival += ((int32_t) x->q[j + k]) * ((int32_t) w->q[in + j + k]);
            }
            val += ((float) ival) * w->s[(in + j) / GS] * x->s[j / GS];
            ival = 0;
        }
        xout[i] = val;
    }
}

run.c는 float 곱셈 결과를 모두 더하는 naive 구현이고, runq.c는 GS 크기(여기서는 group_size=64)만큼 점프하면서 int8을 int32로 변환한 곱셈 결과에 scale을 곱한 값을 더해나간다. runq.c의 연산이 더 많지만 naive float 곱셈보다 임베딩 값인 x도 quantized value인 int32 곱셈이 더 빠르다. 참고로 PyTorch doesn’t allow INT8 matrix multiplication by default.

DGX 실행 결과:

$ OMP_NUM_THREADS=16 ./runq llama2_7b_q80.bin -i "Once upon a time" -n 10 -t 0.0
  • float 연산: 9.336100 tokens/s
  • int32 연산: 11.658031 tokens/s

OpenMP

$ make runomp로 DGX에서 openmp로 128코어를 모두 사용할 수 있다.

M1:

# brew install llvm libomp
# echo 'export PATH="/opt/homebrew/opt/llvm/bin:$PATH"' >> ~/.zshrc
# CC = clang  # Makefile
# make runomp
#   clang -Ofast -fopenmp -march=native runq.c -lm -o runq
$ OMP_NUM_THREADS=10 ./runq llama2_7b_q80.bin -i "Once upon a time" -n 10 -t 0.0

실행 속도 정리

llama2-7b.bin

llama2-7b FP32(25G) / Q8(6.7G), DGX: gcc 11.4.0, M1: clang 17.0.6

$ ./run llama2_7b.bin -i "Once upon a time" -n 10 -t 0.0
machine build run quantized tokens/s
DGX make     0.163970
  make runfast     0.479004
  make runomp OMP_NUM_THREADS=1   0.675068
  make runomp OMP_NUM_THREADS=64   4.782147
  make runomp OMP_NUM_THREADS=128   4.668050
  make   o 0.763294
  make runfast   o 0.741229
  make runomp OMP_NUM_THREADS=1 o 0.787195
  make runomp OMP_NUM_THREADS=64 o 14.446228
  make runomp OMP_NUM_THREADS=128 o 13.975155
M1 / 16G make     0.017468
  make runfast     0.017962
  make runomp OMP_NUM_THREADS=1   0.018126
  make runomp OMP_NUM_THREADS=10   0.044429
  make   o 2.241594
  make runfast   o 2.380323
  make runomp OMP_NUM_THREADS=1 o 2.357873
  make runomp OMP_NUM_THREADS=10 o 8.620690

M1에서 매우 느린 이유는 모델이 메모리에 전부 올라가지 않아서로 추정된다. Llama 2와 일치하는 더 작은 모델을 구할 수가 없다.

stories110M.bin

Karpathy가 미리 빌드한 별도의 작은 모델로 속도만 따로 측정:

$ ./run stories110M.bin -i "Once upon a time" -n 10 -t 0.0
machine build run tokens/s
DGX make   10.089686
  make runfast   28.938907
  make runomp OMP_NUM_THREADS=1 38.961039
  make runomp OMP_NUM_THREADS=64 204.545455
  make runomp OMP_NUM_THREADS=128 145.161290
M1 / 16G make   11.335013
  make runfast   90.909091
  make runomp OMP_NUM_THREADS=1 90.909091
  make runomp OMP_NUM_THREADS=10 118.421053

CUDA

$ ./runcuda stories110M.bin -i "Once upon a time" -n 128 -t 0
machine build run tokens/s
DGX make runomp OMP_NUM_THREADS=1 32.160041
  make runomp OMP_NUM_THREADS=64 200.949367
  make runomp OMP_NUM_THREADS=128 145.642202
CUDA1 nvcc llama2.cu -o runcu   522.205207
CUDA2 / naive make runcuda   604.761905
CUDA2 / cuBLAS make runcuda   774.390244

naive 구현에서 sum을 float이 아닌 half로 output[index]에 할당하면 cuBLAS와 거의 근사할 정도로 빠르다. half는 CUDA에서 지원하는 fp16이다. 당연히 float과 결과가 약간 다르다. 128토큰에서 마지막 4~5토큰 정도가 다르게 생성됐다.

make runomp는 CPU로 실행됐을 것이며 naive 구현은 자료형을 half로 바꾼 정도의 차이만 있었을 것이다. (Jun 2024)

M1에서 clang 빌드

$ clang --version
Homebrew clang version 17.0.6
Target: arm64-apple-darwin23.3.0
Thread model: posix
InstalledDir: /opt/homebrew/opt/llvm/bin

$ /usr/bin/gcc --version
Apple clang version 14.0.3 (clang-1403.0.22.14.1)
Target: arm64-apple-darwin23.3.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin

convert.py

hf 모델은 convert가 되지 않았다.

$ python export.py llama2_7b_hf.bin --version 0 --hf /Users/xxx/workspace/llama-2/Llama-2-7b-hf
[1]    88371 killed     python export.py llama2_7b_hf.bin --version 0 --hf
/opt/homebrew/anaconda3/envs/python310/lib/python3.10/multiprocessing/resource_tracker.py:224: UserWarning: resource_tracker: There appear to be 1 leaked semaphore objects to clean up at shutdown
  warnings.warn('resource_tracker: There appear to be %d '

또한 --version 1로 변환시 실행이 되지 않는다.

$ ./run llama2_7b_hf.bin -i "Once upon a time" -n 10
[1]    93242 segmentation fault  ./run llama2_7b_hf.bin -i "Once upon a time" -n 10

스크립트3를 이용해 pth로 변환하고 --version 0으로 진행. quantized는 2로 진행했다.

  1. https://github.com/ankan-ban/llama2.cu ↩

  2. https://github.com/rogerallen/llama2.cu ↩ ↩2

  3. https://gist.github.com/ahoho/57f5c3dcdce4be522ca13dfb96cc1eb8 ↩

Last Modified: 2024/10/29 18:57:55

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