TGATHER

指令示意图

TGATHER tile operation

简介

使用索引Tile或编译时掩码模式来收集/选择元素。

数学语义

基于索引的gather（概念性定义）：

设 R = dst.GetValidRow()，C = dst.GetValidCol()。对于 0 <= i < R 且 0 <= j < C：

\[ \mathrm{dst}_{i,j} = \mathrm{src0}\!\left[\mathrm{indices}_{i,j}\right] \]

确切的索引解释和边界行为由实现定义。

基于掩码模式的gather是由 pto::MaskPattern 控制的实现定义的选择/归约操作。

汇编语法

基于索引的gather：

%dst = tgather %src0, %indices : !pto.tile<...> -> !pto.tile<...>

基于掩码模式的gather：

%dst = tgather %src {maskPattern = #pto.mask_pattern<P0101>} : !pto.tile<...> -> !pto.tile<...>

AS Level 1（SSA）

%dst = pto.tgather %src, %indices : (!pto.tile<...>, !pto.tile<...>) -> !pto.tile<...>
%dst = pto.tgather %src {maskPattern = #pto.mask_pattern<P0101>}: !pto.tile<...> -> !pto.tile<...>

AS Level 2（DPS）

pto.tgather ins(%src, %indices : !pto.tile_buf<...>, !pto.tile_buf<...>) outs(%dst : !pto.tile_buf<...>)
pto.tgather ins(%src, {maskPattern = #pto.mask_pattern<P0101>} : !pto.tile_buf<...>) outs(%dst : !pto.tile_buf<...>)

C++内建接口

声明于 include/pto/common/pto_instr.hpp：

公共包含头为 <pto/pto-inst.hpp>，内部声明位于 pto/common/pto_instr.hpp。

基于索引的Gather

template <typename TileDataD, typename TileDataS0, typename TileDataS1, typename TileDataTmp, typename... WaitEvents>
PTO_INST RecordEvent TGATHER(TileDataD &dst, TileDataS0 &src0, TileDataS1 &src1, TileDataTmp &tmp, WaitEvents &... events);

基于掩码模式的Gather

template <typename DstTileData, typename SrcTileData, MaskPattern maskPattern, typename... WaitEvents>
PTO_INST RecordEvent TGATHER(DstTileData &dst, SrcTileData &src, WaitEvents &... events);

基于比较的Gather（TGather_cmp）

收集满足与每行阈值标量比较条件的元素的索引。

template <typename TileDataD, typename TileDataS, typename TileDataS1, typename TileDataC, typename TileDataTmp, CmpMode cmpMode, typename... WaitEvents>
PTO_INST RecordEvent TGATHER(TileDataD &dst, TileDataS &src0, TileDataS1 &k_value, TileDataC &cdst, TileDataTmp &tmp, uint32_t offset, WaitEvents &... events);

对于 src0 的每一行 i，使用 cmpMode（GT或EQ）将每个元素 src0[i, j] 与阈值 k_value[i] 比较。匹配元素的索引被收集到 dst[i] 中。每行的匹配数量存储在 cdst[i] 中。offset 参数指定起始索引值。

基于比较的Gather约束

  • Atlas A2/A3 训练系列产品/Atlas A2/A3 推理系列产品:
    • TileDataD::DType 必须是 int32_t 或 uint32_t。
    • TileDataS::DType 必须是 float、half，或 int32_t（仅EQ模式）。
    • TileDataS1::DType 必须是 int32_t 或 uint32_t。
    • cmpMode 必须是 CmpMode::GT 或 CmpMode::EQ。
  • Ascend 950PR/Ascend 950DT:
    • TileDataD::DType 必须是 int32_t 或 uint32_t。
    • TileDataS::DType 必须是 int16_t、uint16_t、int32_t、uint32_t、half 或 float。
    • TileDataS1::DType 必须是 uint16_t 或 uint32_t。
    • cmpMode 必须是 CmpMode::GT 或 CmpMode::EQ。

约束

  • 基于索引的gather：实现检查 （Atlas A2/A3 训练系列产品/Atlas A2/A3 推理系列产品）:
    • sizeof(DstTileData::DType) 必须是2或4字节（b16/b32）。
    • sizeof(Src1TileData::DType) 必须是4字节（b32: int32_t、uint32_t）。
    • DstTileData::DType 必须与 Src0TileData::DType 类型相同。
    • TmpTileData::DType 必须与 Src1TileData::DType 类型相同。
    • src1.GetValidCol() == TmpTileData::Cols 且 src1.GetValidRow() == TmpTileData::Rows。
    • dst.GetValidCol() == DstTileData::Cols（连续的目标存储）。
  • 基于索引的gather：实现检查 (Ascend 950PR/Ascend 950DT):
    • DstTileData::DType 必须为 1、2 或 4 字节类型：int8_t、uint8_t、int16_t、uint16_t、int32_t、uint32_t、half、bfloat16_t、float 之一。
    • sizeof(Src1TileData::DType) 对应类型必须是 int16_t、uint16_t、int32_t、uint32_t 之一。
    • DstTileData::DType 必须与 Src0TileData::DType 类型相同。
    • src1.GetValidCol() == Src1TileData::Cols 且 dst.GetValidCol() == DstTileData::Cols。
  • 基于掩码模式的gather：实现检查 （Atlas A2/A3 训练系列产品/Atlas A2/A3 推理系列产品）:
    • 源元素大小必须是2或4字节。
    • SrcTileData::DType/DstTileData::DType 必须是 int16_t、uint16_t、int32_t、uint32_t、half、bfloat16_t 或 float 之一。
    • dst 和 src 必须都是 TileType::Vec 且行主序。
    • sizeof(dst element) == sizeof(src element) 且 dst.GetValidCol() == DstTileData::Cols（连续的目标存储）。
  • 基于掩码模式的gather：实现检查 (Ascend 950PR/Ascend 950DT):
    • 源元素大小必须是1、2或4字节。
    • dst 和 src 必须都是 TileType::Vec 且行主序。
    • SrcTileData::DType/DstTileData::DType 必须是 int8_t、uint8_t、int16_t、uint16_t、int32_t、uint32_t、half、bfloat16_t、float、float8_e4m3_t、float8_e5m2_t 或 hifloat8_t 之一。
    • 支持的数据类型限制为目标定义的集合（通过实现中的 static_assert 强制执行），且 sizeof(dst element) == sizeof(src element)，dst.GetValidCol() == DstTileData::Cols（连续的目标存储）。
  • 基于比较的gather：实现检查：类型与 cmpMode 约束详见 C++内建接口 → 基于比较的Gather约束 一节。
  • 边界 / 有效性:
    • 索引边界不通过显式运行时断言进行验证；超出范围的索引行为由目标定义。
  • 临时Tile:
    • 基于索引的Gather （Atlas A2/A3 训练系列产品/Atlas A2/A3 推理系列产品）：C++ API需要显式传入 tmp Tile。TileDataTmp::DType 必须与 TileDataS1::DType 类型相同（int32_t 或 uint32_t）。src1.GetValidRow() == TileDataTmp::Rows 且 src1.GetValidCol() == TileDataTmp::Cols。tmp Tile用于存放b16源类型的 vmuls 中间结果供 vgather 使用；对于b32源类型，结果直接写入 dst，但API仍需要 tmp。
    • 基于索引的Gather (Ascend 950PR/Ascend 950DT)：tmp Tile被接受但不使用。Ascend 950PR/Ascend 950DT硬件无需临时缓冲区即可处理基于索引的Gather。
    • 基于比较的Gather （Atlas A2/A3 训练系列产品/Atlas A2/A3 推理系列产品）：C++ API需要显式传入 tmp Tile，该Tile作为三个内部区域的合并暂存缓冲区：
      1. cmpsTmp（比较结果位图）：偏移量0，以 uint8_t 存储，大小 = TileDataTmp::Rows × TileDataTmp::Cols字节。
      2. indexTmp（索引数组）：偏移量 = TileDataTmp::Rows × TileDataTmp::Cols × sizeof(uint8_t)，以 TileDataD::DType 存储，大小 = TileDataS::Rows × TileDataS::Cols × sizeof(TileDataD::DType)字节。
      3. cvtTmp（转换后的k值数组）：偏移量 = TileDataTmp::Rows × TileDataTmp::Cols × sizeof(uint8_t) + TileDataS::Rows × TileDataS::Cols × sizeof(TileDataD::DType)，以 TileDataS::DType 存储，大小 = TileDataS::Rows × sizeof(TileDataS::DType)字节。 最小tmp大小必须满足： $$ \text{tmpSize} \ge \text{Rows}\text{tmp} \times \text{Cols}\text{tmp} + \text{Rows}\text{src} \times \text{Cols}\text{src} \times \text{sizeof(DType}\text{dst}\text{)} + \text{Rows}\text{src} \times \text{sizeof(DType}_\text{src}\text{)} $$
    • 基于比较的Gather (Ascend 950PR/Ascend 950DT)：tmp Tile被接受但不使用。Ascend 950PR/Ascend 950DT硬件无需临时缓冲区即可处理基于比较的Gather。

示例

自动（Auto）

#include <pto/pto-inst.hpp>

using namespace pto;

void example_auto() {
  using SrcT = Tile<TileType::Vec, float, 16, 16>;
  using IdxT = Tile<TileType::Vec, int32_t, 16, 16>;
  using DstT = Tile<TileType::Vec, float, 16, 16>;
  using TmpT = Tile<TileType::Vec, int32_t, 16, 16>;
  SrcT src0;
  IdxT idx;
  DstT dst;
  TmpT tmp;
  TGATHER(dst, src0, idx, tmp);
}

手动（Manual）

#include <pto/pto-inst.hpp>

using namespace pto;

void example_manual() {
  using SrcT = Tile<TileType::Vec, float, 16, 16>;
  using DstT = Tile<TileType::Vec, float, 1, 16>;
  SrcT src;
  DstT dst;
  TASSIGN(src, 0x1000);
  TASSIGN(dst, 0x2000);
  TGATHER<DstT, SrcT, MaskPattern::P0101>(dst, src);
}

汇编示例（ASM）

自动模式

# 自动模式：由编译器/运行时负责资源放置与调度。
%dst = pto.tgather %src, %indices : (!pto.tile<...>, !pto.tile<...>) -> !pto.tile<...>

手动模式

# 手动模式：先显式绑定资源，再发射指令。
# 可选（当该指令包含 tile 操作数时）：
# pto.tassign %arg0, @tile(0x1000)
# pto.tassign %arg1, @tile(0x2000)
%dst = pto.tgather %src, %indices : (!pto.tile<...>, !pto.tile<...>) -> !pto.tile<...>

PTO汇编形式

%dst = pto.tgather %src, %indices : (!pto.tile<...>, !pto.tile<...>) -> !pto.tile<...>
# AS Level 2 (DPS)
pto.tgather ins(%src, %indices : !pto.tile_buf<...>, !pto.tile_buf<...>) outs(%dst : !pto.tile_buf<...>)