shortcut layers, msr networks

Joseph Redmon

2015-12-14 db0397cfaaf488364e3d2e1669dfefae2ee6ea73

 src/blas_kernels.cu

@@ -1,6 +1,183 @@
#include "cuda_runtime.h"
#include "curand.h"
#include "cublas_v2.h"

extern "C" {
#include "blas.h"
#include "cuda.h"
#include "utils.h"
}

__global__ void normalize_kernel(int N, float *x, float *mean, float *variance, int batch, int filters, int spatial)
{
    int index = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (index >= N) return;
    int f = (index/spatial)%filters;
    
    x[index] = (x[index] - mean[f])/(sqrt(variance[f]) + .00001f);
}

__global__ void normalize_delta_kernel(int N, float *x, float *mean, float *variance, float *mean_delta, float *variance_delta, int batch, int filters, int spatial, float *delta)
{
    int index = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (index >= N) return;
    int f = (index/spatial)%filters;
    
    delta[index] = delta[index] * 1./(sqrt(variance[f]) + .00001f) + variance_delta[f] * 2. * (x[index] - mean[f]) / (spatial * batch) + mean_delta[f]/(spatial*batch);
}

extern "C" void normalize_delta_gpu(float *x, float *mean, float *variance, float *mean_delta, float *variance_delta, int batch, int filters, int spatial, float *delta)
{
    size_t N = batch*filters*spatial;
    normalize_delta_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, x, mean, variance, mean_delta, variance_delta, batch, filters, spatial, delta);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

__global__ void  variance_delta_kernel(float *x, float *delta, float *mean, float *variance, int batch, int filters, int spatial, float *variance_delta)
{
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (i >= filters) return;
    int j,k;
    variance_delta[i] = 0;
    for(j = 0; j < batch; ++j){
        for(k = 0; k < spatial; ++k){
            int index = j*filters*spatial + i*spatial + k;
            variance_delta[i] += delta[index]*(x[index] - mean[i]);
        }
    }
    variance_delta[i] *= -.5 * pow(variance[i] + .00001f, (float)(-3./2.));
}

__global__ void accumulate_kernel(float *x, int n, int groups, float *sum)
{
    int k;
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (i >= groups) return;
    sum[i] = 0;
    for(k = 0; k < n; ++k){
        sum[i] += x[k*groups + i];
    }
}

__global__ void fast_mean_delta_kernel(float *delta, float *variance, int batch, int filters, int spatial, float *mean_delta)
{
    const int threads = BLOCK;
    __shared__ float local[threads];

    int id = threadIdx.x;
    local[id] = 0;

    int filter = blockIdx.x;

    int i, j;
    for(j = 0; j < batch; ++j){
        for(i = 0; i < spatial; i += threads){
            int index = j*spatial*filters + filter*spatial + i + id;
            local[id] += (i+id < spatial) ? delta[index] : 0;
        }
    }

    if(id == 0){
        mean_delta[filter] = 0;
        for(i = 0; i < threads; ++i){
            mean_delta[filter] += local[i];
        }
        mean_delta[filter] *= (-1./sqrt(variance[filter] + .00001f));
    }
}

__global__ void  fast_variance_delta_kernel(float *x, float *delta, float *mean, float *variance, int batch, int filters, int spatial, float *variance_delta)
{
    const int threads = BLOCK;
    __shared__ float local[threads];

    int id = threadIdx.x;
    local[id] = 0;

    int filter = blockIdx.x;

    int i, j;
    for(j = 0; j < batch; ++j){
        for(i = 0; i < spatial; i += threads){
            int index = j*spatial*filters + filter*spatial + i + id;

            local[id] += (i+id < spatial) ? delta[index]*(x[index] - mean[filter]) : 0;
        }
    }

    if(id == 0){
        variance_delta[filter] = 0;
        for(i = 0; i < threads; ++i){
            variance_delta[filter] += local[i];
        }
        variance_delta[filter] *= -.5 * pow(variance[filter] + .00001f, (float)(-3./2.));
    }
}


__global__ void mean_delta_kernel(float *delta, float *variance, int batch, int filters, int spatial, float *mean_delta)
{
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (i >= filters) return;
    int j,k;
    mean_delta[i] = 0;
    for (j = 0; j < batch; ++j) {
        for (k = 0; k < spatial; ++k) {
            int index = j*filters*spatial + i*spatial + k;
            mean_delta[i] += delta[index];
        }
    }
    mean_delta[i] *= (-1./sqrt(variance[i] + .00001f));
}

extern "C" void mean_delta_gpu(float *delta, float *variance, int batch, int filters, int spatial, float *mean_delta)
{
    mean_delta_kernel<<<cuda_gridsize(filters), BLOCK>>>(delta, variance, batch, filters, spatial, mean_delta);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void fast_mean_delta_gpu(float *delta, float *variance, int batch, int filters, int spatial, float *mean_delta)
{
    fast_mean_delta_kernel<<<filters, BLOCK>>>(delta, variance, batch, filters, spatial, mean_delta);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void fast_variance_delta_gpu(float *x, float *delta, float *mean, float *variance, int batch, int filters, int spatial, float *variance_delta)
{
    fast_variance_delta_kernel<<<filters, BLOCK>>>(x, delta, mean, variance, batch, filters, spatial, variance_delta);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

__global__ void  mean_kernel(float *x, int batch, int filters, int spatial, float *mean)
{
    float scale = 1./(batch * spatial);
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (i >= filters) return;
    int j,k;
    mean[i] = 0;
    for(j = 0; j < batch; ++j){
        for(k = 0; k < spatial; ++k){
            int index = j*filters*spatial + i*spatial + k;
            mean[i] += x[index];
        }
    }
    mean[i] *= scale;
}

__global__ void variance_kernel(float *x, float *mean, int batch, int filters, int spatial, float *variance)
{
    float scale = 1./(batch * spatial);
    int j,k;
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (i >= filters) return;
    variance[i] = 0;
    for(j = 0; j < batch; ++j){
        for(k = 0; k < spatial; ++k){
            int index = j*filters*spatial + i*spatial + k;
            variance[i] += pow((x[index] - mean[i]), 2);
        }
    }
    variance[i] *= scale;
}

__global__ void axpy_kernel(int N, float ALPHA, float *X, int OFFX, int INCX,  float *Y, int OFFY, int INCY)
@@ -9,16 +186,34 @@
    if(i < N) Y[OFFY+i*INCY] += ALPHA*X[OFFX+i*INCX];
}

__global__ void pow_kernel(int N, float ALPHA, float *X, int INCX, float *Y, int INCY)
{
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if(i < N) Y[i*INCY] = pow(X[i*INCX], ALPHA);
}

__global__ void const_kernel(int N, float ALPHA, float *X, int INCX)
{
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if(i < N) X[i*INCX] = ALPHA;
}

__global__ void scal_kernel(int N, float ALPHA, float *X, int INCX)
{
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if(i < N) X[i*INCX] *= ALPHA;
}

__global__ void mask_kernel(int n,  float *x, float *mask)
__global__ void fill_kernel(int N, float ALPHA, float *X, int INCX)
{
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if(i < n && mask[i] == 0) x[i] = 0;
    if(i < N) X[i*INCX] = ALPHA;
}

__global__ void mask_kernel(int n,  float *x, float mask_num, float *mask)
{
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if(i < n && mask[i] == mask_num) x[i] = mask_num;
}

__global__ void copy_kernel(int N,  float *X, int OFFX, int INCX, float *Y, int OFFY, int INCY)
@@ -27,11 +222,111 @@
    if(i < N) Y[i*INCY + OFFY] = X[i*INCX + OFFX];
}

__global__ void mul_kernel(int N, float *X, int INCX, float *Y, int INCY)
{
    int i = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if(i < N) Y[i*INCY] *= X[i*INCX];
}


extern "C" void normalize_gpu(float *x, float *mean, float *variance, int batch, int filters, int spatial)
{
    size_t N = batch*filters*spatial;
    normalize_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, x, mean, variance, batch, filters, spatial);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

__global__ void  fast_mean_kernel(float *x, int batch, int filters, int spatial, float *mean)
{
    const int threads = BLOCK;
    __shared__ float local[threads];

    int id = threadIdx.x;
    local[id] = 0;

    int filter = blockIdx.x;

    int i, j;
    for(j = 0; j < batch; ++j){
        for(i = 0; i < spatial; i += threads){
            int index = j*spatial*filters + filter*spatial + i + id;
            local[id] += (i+id < spatial) ? x[index] : 0;
        }
    }

    if(id == 0){
        mean[filter] = 0;
        for(i = 0; i < threads; ++i){
            mean[filter] += local[i];
        }
        mean[filter] /= spatial * batch;
    }
}

__global__ void  fast_variance_kernel(float *x, float *mean, int batch, int filters, int spatial, float *variance)
{
    const int threads = BLOCK;
    __shared__ float local[threads];

    int id = threadIdx.x;
    local[id] = 0;

    int filter = blockIdx.x;

    int i, j;
    for(j = 0; j < batch; ++j){
        for(i = 0; i < spatial; i += threads){
            int index = j*spatial*filters + filter*spatial + i + id;

            local[id] += (i+id < spatial) ? pow((x[index] - mean[filter]), 2) : 0;
        }
    }

    if(id == 0){
        variance[filter] = 0;
        for(i = 0; i < threads; ++i){
            variance[filter] += local[i];
        }
        variance[filter] /= spatial * batch;
    }
}

extern "C" void fast_mean_gpu(float *x, int batch, int filters, int spatial, float *mean)
{
    fast_mean_kernel<<<filters, BLOCK>>>(x, batch, filters, spatial, mean);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void fast_variance_gpu(float *x, float *mean, int batch, int filters, int spatial, float *variance)
{
    fast_variance_kernel<<<filters, BLOCK>>>(x, mean, batch, filters, spatial, variance);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}


extern "C" void mean_gpu(float *x, int batch, int filters, int spatial, float *mean)
{
    mean_kernel<<<cuda_gridsize(filters), BLOCK>>>(x, batch, filters, spatial, mean);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void variance_gpu(float *x, float *mean, int batch, int filters, int spatial, float *variance)
{
    variance_kernel<<<cuda_gridsize(filters), BLOCK>>>(x, mean, batch, filters, spatial, variance);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void axpy_ongpu(int N, float ALPHA, float * X, int INCX, float * Y, int INCY)
{
    axpy_ongpu_offset(N, ALPHA, X, 0, INCX, Y, 0, INCY);
}

extern "C" void pow_ongpu(int N, float ALPHA, float * X, int INCX, float * Y, int INCY)
{
    pow_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, ALPHA, X, INCX, Y, INCY);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void axpy_ongpu_offset(int N, float ALPHA, float * X, int OFFX, int INCX, float * Y, int OFFY, int INCY)
{
    axpy_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, ALPHA, X, OFFX, INCX, Y, OFFY, INCY);
@@ -43,15 +338,27 @@
    copy_ongpu_offset(N, X, 0, INCX, Y, 0, INCY);
}

extern "C" void mul_ongpu(int N, float * X, int INCX, float * Y, int INCY)
{
    mul_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, X, INCX, Y, INCY);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void copy_ongpu_offset(int N, float * X, int OFFX, int INCX, float * Y, int OFFY, int INCY)
{
    copy_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, X, OFFX, INCX, Y, OFFY, INCY);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void mask_ongpu(int N, float * X, float * mask)
extern "C" void mask_ongpu(int N, float * X, float mask_num, float * mask)
{
    mask_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, X, mask);
    mask_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, X, mask_num, mask);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void const_ongpu(int N, float ALPHA, float * X, int INCX)
{
    const_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, ALPHA, X, INCX);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

@@ -60,3 +367,33 @@
    scal_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, ALPHA, X, INCX);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

extern "C" void fill_ongpu(int N, float ALPHA, float * X, int INCX)
{
    fill_kernel<<<cuda_gridsize(N), BLOCK>>>(N, ALPHA, X, INCX);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}

__global__ void shortcut_kernel(int size, float *out, int w, int h, int c, int batch, int sample, float *add, int stride, int c2, int min_c)
{
    int id = (blockIdx.x + blockIdx.y*gridDim.x) * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (id >= size) return;
    int i = id % (w/sample);
    id /= (w/sample);
    int j = id % (h/sample);
    id /= (h/sample);
    int k = id % min_c;
    id /= min_c;
    int b = id;
    int out_index = i*sample + w*(j*sample + h*(k + c*b));
    int add_index = b*w*stride/sample*h*stride/sample*c2 + i*stride + w*stride/sample*(j*stride + h*stride/sample*k);
    out[out_index] += add[add_index];
}

extern "C" void shortcut_gpu(float *out, int w, int h, int c, int batch, int sample, float *add, int stride, int c2)
{
    int min_c = (c < c2) ? c : c2;
    int size = batch * w/sample * h/sample * min_c;
    shortcut_kernel<<<cuda_gridsize(size), BLOCK>>>(size, out, w, h, c, batch, sample, add, stride, c2, min_c);
    check_error(cudaPeekAtLastError());
}