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Optimizing Memory Efficiency for Convolution Kernels on Kepler GPUs

机译:优化Kepler GpU上卷积核的内存效率

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摘要

Convolution is a fundamental operation in many applications, such as computervision, natural language processing, image processing, etc. Recent successes ofconvolutional neural networks in various deep learning applications put evenhigher demand on fast convolution. The high computation throughput and memorybandwidth of graphics processing units (GPUs) make GPUs a natural choice foraccelerating convolution operations. However, maximally exploiting theavailable memory bandwidth of GPUs for convolution is a challenging task. Thispaper introduces a general model to address the mismatch between the memorybank width of GPUs and computation data width of threads. Based on this model,we develop two convolution kernels, one for the general case and the other fora special case with one input channel. By carefully optimizing memory accesspatterns and computation patterns, we design a communication-optimized kernelfor the special case and a communication-reduced kernel for the general case.Experimental data based on implementations on Kepler GPUs show that our kernelsachieve 5.16X and 35.5% average performance improvement over the latest cuDNNlibrary, for the special case and the general case, respectively.
机译:卷积是许多应用程序(例如计算机视觉,自然语言处理,图像处理等)中的基本操作。卷积神经网络在各种深度学习应用程序中的最新成功对快速卷积提出了更高的要求。图形处理单元(GPU)的高计算吞吐量和内存带宽使GPU成为加速卷积运算的自然选择。但是,最大程度地利用GPU的可用内存带宽进行卷积是一项艰巨的任务。本文介绍了一个通用模型来解决GPU的存储库宽度与线程的计算数据宽度之间的不匹配问题。基于此模型,我们开发了两个卷积核,一个用于一般情况,另一个用于具有一个输入通道的特殊情况。通过仔细优化内存访问模式和计算模式,我们针对特殊情况设计了通信优化的内核,针对一般情况设计了通信降低的内核。基于开普勒GPU的实验数据表明,我们的内核实现了5.16倍和35.5%的平均性能提升在最新的cuDNN库上,分别针对特殊情况和一般情况。

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