fast sort of working

Joseph Redmon

2015-01-20 6e1d5b45de988bb795c4c505f22f2170a78b7746

fast sort of working

 src/cnn.c

@@ -210,10 +210,10 @@
    //network net = parse_network_cfg("/home/pjreddie/imagenet_backup/alexnet_1270.cfg");
    srand(time(0));
    network net = parse_network_cfg(cfgfile);
    set_learning_network(&net, net.learning_rate, 0, net.decay);
    set_learning_network(&net, net.learning_rate*10., net.momentum, net.decay);
    printf("Learning Rate: %g, Momentum: %g, Decay: %g\n", net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
    int imgs = 1024;
    int i = 0;
    int i = 6600;
    char **labels = get_labels("/home/pjreddie/data/imagenet/cls.labels.list");
    list *plist = get_paths("/data/imagenet/cls.train.list");
    char **paths = (char **)list_to_array(plist);
@@ -228,9 +228,9 @@
        time=clock();
        pthread_join(load_thread, 0);
        train = buffer;
        //normalize_data_rows(train);
        translate_data_rows(train, -128);
        scale_data_rows(train, 1./128);
        normalize_data_rows(train);
        //translate_data_rows(train, -128);
        //scale_data_rows(train, 1./128);
        load_thread = load_data_thread(paths, imgs, plist->size, labels, 1000, 256, 256, &buffer);
        printf("Loaded: %lf seconds\n", sec(clock()-time));
        time=clock();
@@ -539,12 +539,14 @@

void test_correct_nist()
{
    network net = parse_network_cfg("cfg/nist_conv.cfg");
    test_learn_bias(*(convolutional_layer *)net.layers[0]);
    srand(222222);
    network net = parse_network_cfg("cfg/nist.cfg");
    net = parse_network_cfg("cfg/nist_conv.cfg");
    data train = load_categorical_data_csv("data/mnist/mnist_train.csv", 0, 10);
    data test = load_categorical_data_csv("data/mnist/mnist_test.csv",0,10);
    translate_data_rows(train, -144);
    translate_data_rows(test, -144);
    normalize_data_rows(train);
    normalize_data_rows(test);
    int count = 0;
    int iters = 1000/net.batch;

@@ -555,11 +557,12 @@
        float test_acc = network_accuracy(net, test);
        printf("%d: Loss: %f, Test Acc: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, test_acc,(float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
    }
    save_network(net, "cfg/nist_gpu.cfg");

    gpu_index = -1;
    count = 0;
    srand(222222);
    net = parse_network_cfg("cfg/nist.cfg");
     net = parse_network_cfg("cfg/nist_conv.cfg");
    while(++count <= 5){
        clock_t start = clock(), end;
        float loss = train_network_sgd(net, train, iters);
@@ -567,6 +570,7 @@
        float test_acc = network_accuracy(net, test);
        printf("%d: Loss: %f, Test Acc: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, test_acc,(float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
    }
    save_network(net, "cfg/nist_cpu.cfg");
}

void test_correct_alexnet()

 src/convolutional_layer.c

@@ -305,6 +305,27 @@
    check_error(cl);
}

void test_learn_bias(convolutional_layer l)
{
    int i;
    int size = convolutional_out_height(l) * convolutional_out_width(l);
    for(i = 0; i < size*l.batch*l.n; ++i){
        l.delta[i] = rand_uniform();
    }
    for(i = 0; i < l.n; ++i){
        l.bias_updates[i] = rand_uniform();
    }
    cl_write_array(l.delta_cl, l.delta, size*l.batch*l.n);
    cl_write_array(l.bias_updates_cl, l.bias_updates, l.n);
    float *gpu = calloc(l.n, sizeof(float));
    cl_read_array(l.bias_updates_cl, gpu, l.n);
    for(i = 0; i < l.n; ++i) printf("%.9g %.9g\n", l.bias_updates[i], gpu[i]);
    learn_bias_convolutional_layer_ongpu(l);
    learn_bias_convolutional_layer(l);
    cl_read_array(l.bias_updates_cl, gpu, l.n);
    for(i = 0; i < l.n; ++i) printf("%.9g %.9g\n", l.bias_updates[i], gpu[i]);
}

cl_kernel get_convolutional_bias_kernel()
{
    static int init = 0;

 src/convolutional_layer.cl

@@ -19,7 +19,7 @@
    for(b = 0; b < batch; ++b){
        for(i = 0; i < size; i += BLOCK){
            int index = p + i + size*(filter + n*b);
            sum += (index < size) ? delta[index] : 0;
            sum += (p+i < size) ? delta[index] : 0;
        }
    }
    part[p] = sum;

 src/gemm.c

@@ -162,6 +162,26 @@
    return gemm_kernel;
}

#define TILE 64
#define TILE_K 16
#define WPT 8
#define THREADS (TILE*TILE)/(WPT*WPT)

cl_kernel get_gemm_nn_fast_kernel()
{
    static int init = 0;
    static cl_kernel gemm_kernel;
    if(!init){
        gemm_kernel = get_kernel("src/gemm_fast.cl", "gemm_nn_fast", "-D TILE=" STR(TILE)
                                                                    " -cl-nv-verbose "
                                                                    " -D TILE_K=" STR(TILE_K)
                                                                    " -D WPT=" STR(WPT)
                                                                    " -D THREADS=" STR(THREADS));
        init = 1;
    }
    return gemm_kernel;
}

void gemm_ongpu(int TA, int TB, int M, int N, int K, float ALPHA, 
        cl_mem A_gpu, int lda, 
        cl_mem B_gpu, int ldb,
@@ -171,6 +191,45 @@
    gemm_ongpu_offset(TA, TB, M, N, K, ALPHA, A_gpu, 0, lda, B_gpu, 0, ldb, BETA, C_gpu, 0, ldc);
}

void gemm_ongpu_fast(int TA, int TB, int M, int N, int K, float ALPHA, 
        cl_mem A_gpu, int lda, 
        cl_mem B_gpu, int ldb,
        float BETA,
        cl_mem C_gpu, int ldc)
{
    int a_off = 0;
    int b_off = 0;
    int c_off = 0;
    //printf("gpu: %d %d %d %d %d\n",TA, TB, M, N, K);
    cl_kernel      gemm_kernel = get_gemm_nn_fast_kernel();
    cl_command_queue queue = cl.queue;

    cl_uint i = 0;
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(TA), (void*) &TA);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(TB), (void*) &TB);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(M), (void*) &M);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(N), (void*) &N);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(K), (void*) &K);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(ALPHA), (void*) &ALPHA);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(A_gpu), (void*) &A_gpu);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(a_off), (void*) &a_off);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(lda), (void*) &lda);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(B_gpu), (void*) &B_gpu);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(b_off), (void*) &b_off);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(ldb), (void*) &ldb);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(BETA), (void*) &BETA);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(C_gpu), (void*) &C_gpu);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(c_off), (void*) &c_off);
    cl.error = clSetKernelArg(gemm_kernel, i++, sizeof(ldc), (void*) &ldc);
    check_error(cl);

    const size_t global_size[] = {THREADS*((N-1)/TILE + 1), (M-1)/TILE + 1};
    const size_t local_size[] = {THREADS, 1};

    cl.error = clEnqueueNDRangeKernel(queue, gemm_kernel, 2, 0, global_size, local_size, 0, 0, 0);
    check_error(cl);
}

void gemm_ongpu_offset(int TA, int TB, int M, int N, int K, float ALPHA, 
        cl_mem A_gpu, int a_off, int lda, 
        cl_mem B_gpu, int b_off, int ldb,
@@ -214,7 +273,7 @@

    cl.error = clEnqueueNDRangeKernel(queue, gemm_kernel, 2, 0, global_size, local_size, 0, 0, 0);
    check_error(cl);
    #endif
#endif
}

void gemm_gpu(int TA, int TB, int M, int N, int K, float ALPHA, 
@@ -244,7 +303,9 @@
            size, C, &cl.error);
    check_error(cl);

    gemm_ongpu(TA, TB, M, N, K, ALPHA, A_gpu, lda, B_gpu, ldb, BETA, C_gpu, ldc);
    // TODO
    //gemm_ongpu(TA, TB, M, N, K, ALPHA, A_gpu, lda, B_gpu, ldb, BETA, C_gpu, ldc);
    gemm_ongpu_fast(TA, TB, M, N, K, ALPHA, A_gpu, lda, B_gpu, ldb, BETA, C_gpu, ldc);

    clEnqueueReadBuffer(queue, C_gpu, CL_TRUE, 0, size, C, 0, 0, 0);
    check_error(cl);
@@ -303,7 +364,7 @@
    for(i = 0; i<iter; ++i){
        gemm_ongpu(TA,TB,m,n,k,1,a_cl,lda,b_cl,ldb,1,c_cl,n);
    }
    double flop = m*n*k*iter;
    double flop = ((double)m)*n*(2.*k + 2.)*iter;
    double gflop = flop/pow(10., 9);
    end = clock();
    double seconds = sec(end-start);
@@ -316,6 +377,39 @@
    free(c);
}

void time_ongpu_fast(int TA, int TB, int m, int k, int n)
{
    int iter = 10;
    float *a = random_matrix(m,k);
    float *b = random_matrix(k,n);

    int lda = (!TA)?k:m;
    int ldb = (!TB)?n:k;

    float *c = random_matrix(m,n);

    cl_mem a_cl = cl_make_array(a, m*k);
    cl_mem b_cl = cl_make_array(b, k*n);
    cl_mem c_cl = cl_make_array(c, m*n);

    int i;
    clock_t start = clock(), end;
    for(i = 0; i<iter; ++i){
        gemm_ongpu_fast(TA,TB,m,n,k,1,a_cl,lda,b_cl,ldb,1,c_cl,n);
    }
    double flop = ((double)m)*n*(2.*k + 2.)*iter;
    double gflop = flop/pow(10., 9);
    end = clock();
    double seconds = sec(end-start);
    printf("Fast   Multiplication %dx%d * %dx%d, TA=%d, TB=%d: %lf s, %lf GFLOPS\n",m,k,k,n, TA, TB, seconds, gflop/seconds);
    clReleaseMemObject(a_cl);
    clReleaseMemObject(b_cl);
    clReleaseMemObject(c_cl);
    free(a);
    free(b);
    free(c);
}

void test_gpu_accuracy(int TA, int TB, int m, int k, int n)
{
    srand(0);
@@ -335,8 +429,10 @@
    int i;
    //pm(m,k,b);
    gemm_gpu(TA,TB,m,n,k,1,a,lda,b,ldb,1,c_gpu,n);
    //printf("GPU\n");
    //pm(m, n, c_gpu);
    gemm_cpu(TA,TB,m,n,k,1,a,lda,b,ldb,1,c,n);
    //printf("\n\nCPU\n");
    //pm(m, n, c);
    double sse = 0;
    for(i = 0; i < m*n; ++i) {
@@ -365,21 +461,47 @@
       test_gpu_accuracy(0,1,1000,10,100); 
       test_gpu_accuracy(1,1,1000,10,100); 
     */
    time_ongpu(0,0,512,256,1152); 
    time_ongpu(0,0,128,1200,4096); 
    time_ongpu(0,0,128,1200,4096); 
    time_ongpu(0,0,128,1200,4096); 

    time_ongpu(0,1,128,1200,4096); 
    time_ongpu(1,0,1200,4096,128); 
    time_ongpu(1,0,4096,1200,128); 
    time_ongpu(1,0,1200,128,4096); 
    test_gpu_accuracy(0,0,128,128,128); 

    test_gpu_accuracy(0,0,512,256,1152); 
    test_gpu_accuracy(0,0,131,4093,1199); 
    test_gpu_accuracy(0,1,131,4093,1199); 
    test_gpu_accuracy(1,0,131,4093,1199); 
    test_gpu_accuracy(1,1,131,4093,1199); 
/*
    time_ongpu(0,0,64,2916,363); 
    time_ongpu_fast(0,0,64,2916,363); 
    time_ongpu(0,0,64,2916,363); 
    time_ongpu_fast(0,0,64,2916,363); 
    time_ongpu(0,0,64,2916,363); 
    time_ongpu_fast(0,0,64,2916,363); 
    time_ongpu(0,0,192,729,1600); 
    time_ongpu_fast(0,0,192,729,1600); 
    time_ongpu(0,0,384,196,1728); 
    time_ongpu_fast(0,0,384,196,1728); 
    time_ongpu(0,0,256,196,3456); 
    time_ongpu_fast(0,0,256,196,3456); 
    time_ongpu(0,0,256,196,2304); 
    time_ongpu_fast(0,0,256,196,2304); 
    time_ongpu(0,0,128,4096,12544); 
    time_ongpu_fast(0,0,128,4096,12544); 
    time_ongpu(0,0,128,4096,4096); 
    time_ongpu_fast(0,0,128,4096,4096); 
    */
//    time_ongpu(1,0,2304,196,256); 
//    time_ongpu_fast(1,0,2304,196,256); 
//    time_ongpu(0,1,256,2304,196); 
//    time_ongpu_fast(0,1,256,2304,196); 

    time_ongpu(0,0,2048,2048,2048); 
    time_ongpu_fast(0,0,2048,2048,2048); 
    time_ongpu(0,0,2048,2048,2048); 
    time_ongpu_fast(0,0,2048,2048,2048); 
    time_ongpu(0,0,2048,2048,2048); 
    time_ongpu_fast(0,0,2048,2048,2048); 

    /*
       test_gpu_accuracy(0,0,131,4093,1199); 
       test_gpu_accuracy(0,1,131,4093,1199); 
       test_gpu_accuracy(1,0,131,4093,1199); 
       test_gpu_accuracy(1,1,131,4093,1199); 
     */
    /*

       time_ongpu(0,0,1024,1024,1024); 

 src/gemm.cl

@@ -215,4 +215,3 @@
        C[row*ldc+col] = ALPHA*val + BETA*C[row*ldc+col];
    }
}


 src/gemm_fast.cl

New file
@@ -0,0 +1,79 @@

__kernel void gemm_nn_fast(int TA, int TB, int M, int N, int K, float ALPHA, 
                    __global float *A, int a_off, int lda, 
                    __global float *B, int b_off, int ldb,
                    float BETA,
                    __global float *C, int c_off, int ldc)
{
    int i, j, k, x, y;
    A += a_off;
    B += b_off;
    C += c_off;

    __local float Asub[TILE]  [TILE_K];
    __local float Bsub[TILE_K][TILE];

    int ctile = get_group_id(0);
    int rtile = get_group_id(1);

    float Breg;
    float Areg[WPT];
    float acc[WPT][WPT];

    A += rtile*TILE*lda;
    B += ctile*TILE;
    C += rtile*TILE*ldc + ctile*TILE;

    for(i = 0; i < WPT; ++i){
        for(j = 0; j < WPT; ++j){
            acc[i][j] = 0;
        }
    }

    int offset = get_local_id(0);

    for(i = 0; i < K; i += TILE_K){
        for(j = 0; j < TILE*TILE_K; j += THREADS){
            int index = j+offset;

            int row = index / TILE_K;
            int col = index % TILE_K;
            Asub[row][col] = A[row*lda + col];

            row = index / TILE;
            col = index % TILE;
            Bsub[row][col] = B[row*ldb + col];
        }

        A += TILE_K;
        B += TILE_K*ldb;

        barrier(CLK_LOCAL_MEM_FENCE);

        for(k = 0; k < TILE_K; ++k){
            for(y = 0; y < WPT; ++y){
                int row = (offset + (y*WPT)*THREADS)/TILE;
                //Areg[y] = Asub[y*WPT][k];
            }
            for(y = 0; y < WPT; ++y){
                for(x = 0; x < WPT; ++x){
                    int index = offset + (y*WPT + x)*THREADS;
                    int row = index / TILE;
                    int col = index % TILE;
                    acc[y][x] += Asub[row][k]*Bsub[k][col];
                }
            }
        }
        barrier(CLK_LOCAL_MEM_FENCE);
    }

    for(y = 0; y < WPT; ++y){
        for(x = 0; x < WPT; ++x){
            int index = offset + (y*WPT + x)*THREADS;
            int row = index / TILE;
            int col = index % TILE;
            C[row*ldc+col] = ALPHA*acc[y][x] + BETA*C[row*ldc+col];
        }
    }
}


 src/opencl.c

@@ -132,11 +132,11 @@
    char build_c[1024*64];
    // and compile it (after this we could extract the compiled version)
    info.error=clBuildProgram(prog, 0, 0, options, 0, 0);
    if ( info.error != CL_SUCCESS ) {
    //if ( info.error != CL_SUCCESS ) {
        fprintf(stderr, "Error Building Program: %d\n", info.error);
        clGetProgramBuildInfo( prog, info.device, CL_PROGRAM_BUILD_LOG, 1024*64, build_c, 0);
        fprintf(stderr, "Build Log for %s program:\n%s\n", filename, build_c);
    }
    //}
    check_error(info);
    return prog;
}
@@ -205,7 +205,7 @@
            CL_MEM_READ_WRITE|CL_MEM_COPY_HOST_PTR,
            sizeof(float)*n, x, &cl.error);
    check_error(cl);
    activate_array_ongpu(mem, n, LINEAR);
    //activate_array_ongpu(mem, n, LINEAR);
    return mem;
}