CANN/asc-devkit AllGather通信接口-深圳市維司達科技有限公司

AllGather

【免费下载链接】asc-devkit本项目是CANN 推出的昇腾AI处理器专用的算子程序开发语言，原生支持C和C++标准规范，主要由类库和语言扩展层构成，提供多层级API，满足多维场景算子开发诉求。项目地址: https://gitcode.com/cann/asc-devkit

产品支持情况

产品	是否支持
Ascend 950PR/Ascend 950DT	√
Atlas A3 训练系列产品 / Atlas A3 推理系列产品	√
Atlas A2 训练系列产品 / Atlas A2 推理系列产品	√
Atlas 200I/500 A2 推理产品	x
Atlas 推理系列产品 AI Core	x
Atlas 推理系列产品 Vector Core	x
Atlas 训练系列产品	x

功能说明

集合通信算子AllGather的任务下发接口，返回该任务的标识handleId给用户。AllGather的功能为：将通信域内所有节点的输入按照rank id重新排序，然后拼接起来，再将结果发送到所有节点的输出。

函数原型

template <bool commit = false> __aicore__ inline HcclHandle AllGather(GM_ADDR sendBuf, GM_ADDR recvBuf, uint64_t sendCount, HcclDataType dataType, uint64_t strideCount, uint8_t repeat = 1)

参数说明

表 1模板参数说明

参数名	输入/输出	描述
commit	输入	bool类型。参数取值如下： true：在调用Prepare接口时，Commit同步通知服务端可以执行该通信任务。 false：在调用Prepare接口时，不通知服务端执行该通信任务。

表 2接口参数说明

参数名	输入/输出	描述
sendBuf	输入	源数据buffer地址。
recvBuf	输出	目的数据buffer地址，集合通信结果输出到此buffer中。
sendCount	输入	参与AllGather操作的sendBuf的数据个数；recvBuf的数据个数等于sendCount * rank size，即sendCount * 卡数。
dataType	输入	AllGather操作的数据类型，目前支持HcclDataType包含的全部数据类型，HcclDataType详细可参考表1。
strideCount	输入	strideCount=0，表示多张卡的数据拼接到一张卡的recvBuf时，相邻数据块保持地址连续。卡rank[i]的数据块将被放在recvBuf中，且偏移数据量为isendCount。非多轮切分场景下，推荐用户设置该参数为0。 strideCount>0，表示多张卡的数据拼接到一张卡的recvBuf时，相邻数据块在recvBuf中起始地址的偏移数据量为strideCount。卡rank[i]的数据块将被放在recvBuf中，且偏移数据量为istrideCount。注意：上述的偏移数据量为数据个数，单位为sizeof(dataType)。
repeat	输入	一次下发的AllGather通信任务个数。repeat取值≥1，默认值为1。当repeat>1时，每个AllGather任务的sendBuf和recvBuf地址由服务端自动算出，计算公式如下： sendBuf[i] = sendBuf + sendCount* sizeof(datatype) * i, i∈[0, repeat) recvBuf[i] = recvBuf + sendCount* sizeof(datatype) * i, i∈[0, repeat) 注意：当设置repeat>1时，须与strideCount参数配合使用，规划通信数据地址。

图 1AllGather通信示例
![](https://gitcode.com/cann/asc-devkit/blob/bb4de8edfa8363a842738c29971dd5671b794a6f/docs/api/figures/AllGather通信示例.png "AllGather通信示例"?utm_source=gitcode_repo_files)

返回值说明

返回该任务的标识handleId，handleId大于等于0。调用失败时，返回 -1。

约束说明

调用本接口前确保已调用过InitV2和SetCcTilingV2接口。
若HCCL对象的config模板参数未指定下发通信任务的核，该接口只能在AIC核或者AIV核两者之一上调用。若HCCL对象的config模板参数中指定了下发通信任务的核，则该接口可以在AIC核和AIV核上同时调用，接口内部会根据指定的核的类型，只在AIC核、AIV核二者之一下发该通信任务。
对于Atlas A2 训练系列产品/Atlas A2 推理系列产品，一个通信域内，所有Prepare接口的总调用次数不能超过63。
对于Atlas A3 训练系列产品/Atlas A3 推理系列产品，一个通信域内，所有Prepare接口和InterHcclGroupSync接口的总调用次数不能超过63。
对于Ascend 950PR/Ascend 950DT，一个通信域内，所有Prepare接口的总调用次数不能超过63。
对于Ascend 950PR/Ascend 950DT，通信服务端为CCU时，单次最大通信数据量不能超过256M。

调用示例

非多轮切分场景

如下图所示，4张卡上均有sendCount=300个float16数据，每张卡从xGM内存中获取到本卡数据，gather处理各卡的数据后，将结果输出到各卡的yGM。

图 2非多轮切分场景下4卡AllGather通信
![](https://raw.gitcode.com/cann/asc-devkit/raw/bb4de8edfa8363a842738c29971dd5671b794a6f/docs/api/figures/非多轮切分场景下4卡AllGather通信.png "非多轮切分场景下4卡AllGather通信"?utm_source=gitcode_repo_files)

extern "C" __global__ __aicore__ void all_gather_custom(GM_ADDR xGM, GM_ADDR yGM, GM_ADDR workspaceGM, GM_ADDR tilingGM) { auto sendBuf = xGM; // xGM为AllGather的输入GM地址 auto recvBuf = yGM; // yGM为AllGather的输出GM地址 uint64_t sendCount = 300; // 每张卡均有300个float16的数据 uint64_t strideCount = 0; // 非切分场景strideCount可设置为0 REGISTER_TILING_DEFAULT(AllGatherCustomTilingData); //AllGatherCustomTilingData为对应算子头文件定义的结构体 GET_TILING_DATA_WITH_STRUCT(AllGatherCustomTilingData, tilingData, tilingGM); Hccl hccl; GM_ADDR contextGM = AscendC::GetHcclContext<0>(); // AscendC自定义算子kernel中，通过此方式获取HCCL context if (AscendC::g_coreType == AIV) { // 指定AIV核通信 hccl.InitV2(contextGM, &tilingData); auto ret = hccl.SetCcTilingV2(offsetof(AllGatherCustomTilingData, allGatherCcTiling)); if (ret != HCCL_SUCCESS) { return; } HcclHandle handleId1 = hccl.AllGather<true>(sendBuf, recvBuf, sendCount, HcclDataType::HCCL_DATA_TYPE_FP16, strideCount); hccl.Wait(handleId1); AscendC::SyncAll<true>(); // 全AIV核同步，防止0核执行过快，提前调用hccl.Finalize()接口，导致其他核Wait卡死 hccl.Finalize(); } }

多轮切分场景

使能多轮切分，等效处理上述非多轮切分示例的通信。如下图所示，每张卡的300个float16数据，被切分为2个首块数据，1个尾块数据。每个首块的数据量tileLen为128个float16数据，尾块的数据量tailLen为44个float16数据。在算子内部实现时，需要对切分后的数据分3轮进行AllGather通信任务，将等效上述非多轮切分的通信结果。

图 3各卡数据切分示意图
![](https://raw.gitcode.com/cann/asc-devkit/raw/bb4de8edfa8363a842738c29971dd5671b794a6f/docs/api/figures/各卡数据切分示意图-56.png "各卡数据切分示意图-56"?utm_source=gitcode_repo_files)

具体实现为，第1轮通信，每个rank上0-0\1-0\2-0\3-0数据块进行AllGather处理。第2轮通信，每个rank上0-1\1-1\2-1\3-1数据块进行AllGather处理。第3轮通信，每个rank上0-2\1-2\2-2\3-2数据块进行AllGather处理。每一轮通信结果中，各卡上相邻数据块的起始地址间隔的数据个数为strideCount，以第一轮通信结果为例，rank0的0-0数据块和1-0数据块起始地址间隔的数据量strideCount = 2*tileLen+1*tailLen=300。

图 4第一轮4卡AllGather示意图
![](https://raw.gitcode.com/cann/asc-devkit/raw/bb4de8edfa8363a842738c29971dd5671b794a6f/docs/api/figures/第一轮4卡AllGather示意图.png "第一轮4卡AllGather示意图"?utm_source=gitcode_repo_files)

extern "C" __global__ __aicore__ void all_gather_custom(GM_ADDR xGM, GM_ADDR yGM, GM_ADDR workspaceGM, GM_ADDR tilingGM) { constexpr uint32_t tileNum = 2U; // 首块数量 constexpr uint64_t tileLen = 128U; // 首块数据个数 constexpr uint32_t tailNum = 1U; // 尾块数量 constexpr uint64_t tailLen = 44U; // 尾块数据个数 auto sendBuf = xGM; // xGM为AllGather的输入GM地址 auto recvBuf = yGM; // yGM为AllGather的输出GM地址 REGISTER_TILING_DEFAULT(AllGatherCustomTilingData); //AllGatherCustomTilingData为对应算子头文件定义的结构体 GET_TILING_DATA_WITH_STRUCT(AllGatherCustomTilingData, tilingData, tilingGM); Hccl hccl; GM_ADDR contextGM = AscendC::GetHcclContext<0>(); // AscendC自定义算子kernel中，通过此方式获取HCCL context if (AscendC::g_coreType == AIV) { // 指定AIV核通信 hccl.InitV2(contextGM, &tilingData); auto ret = hccl.SetCcTilingV2(offsetof(AllGatherCustomTilingData, allGatherCcTiling)); if (ret != HCCL_SUCCESS) { return; } uint64_t strideCount = tileLen * tileNum + tailLen * tailNum; // 2个首块处理 constexpr uint32_t tileRepeat = tileNum; // 除了sendBuf和recvBuf入参不同，处理2个首块的其余参数相同。故使用repeat=2，第2个首块AllGather任务的sendBuf、recvBuf将由API内部自行更新 HcclHandle handleId1 = hccl.AllGather<true>(sendBuf, recvBuf, tileLen, HcclDataType::HCCL_DATA_TYPE_FP16, strideCount, tileRepeat); // 1个尾块处理 constexpr uint32_t kSizeOfFloat16 = 2U; sendBuf += tileLen * tileNum * kSizeOfFloat16; recvBuf += tileLen * tileNum * kSizeOfFloat16; constexpr uint32_t tailRepeat = tailNum; HcclHandle handleId2 = hccl.AllGather<true>(sendBuf, recvBuf, tailLen, HcclDataType::HCCL_DATA_TYPE_FP16, strideCount, tailRepeat); for (uint8_t i=0; i<tileRepeat; i++) { hccl.Wait(handleId1); } hccl.Wait(handleId2); AscendC::SyncAll<true>(); // 全AIV核同步，防止0核执行过快，提前调用hccl.Finalize()接口，导致其他核Wait卡死 hccl.Finalize(); } }

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考