diff --git a/drawings/.$gemv.drawio.bkp b/drawings/.$gemv.drawio.bkp new file mode 100644 index 0000000..4d12efb --- /dev/null +++ b/drawings/.$gemv.drawio.bkp @@ -0,0 +1,109 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/drawings/gemv.drawio b/drawings/gemv.drawio new file mode 100644 index 0000000..3d1d436 --- /dev/null +++ b/drawings/gemv.drawio @@ -0,0 +1,109 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/public/layout.svg b/public/complete_layout.svg similarity index 100% rename from public/layout.svg rename to public/complete_layout.svg diff --git a/public/gemv.svg b/public/gemv.svg index 7552bd3..391ccf6 100644 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+ +--- +src: ./slides/appendix.md +--- diff --git a/slides/appendix.md b/slides/appendix.md index e888c17..e300053 100644 --- a/slides/appendix.md +++ b/slides/appendix.md @@ -1,42 +1,13 @@ +--- +layout: figure +figureUrl: /layout.svg +figureCaption: Mapping of the weight matrix onto the memory banks +--- + ## Appendix -### GEMV Kernel +### Memory Layout
- - -```rust {all}{lines:true} -pub fn execute( - matrix: &Matrix, - input_vector: &Vector, - output_partial_sum_vector: &mut SVector, - dummy: &impl PimOperand, -) { - // Load input vector into GRF-A registers - for chunk in input_vector.0.iter() { - chunk.execute_read(); - } - - // Execute the MAC instructions without memory barriers - for sub_matrix in matrix.0.iter() { - for column_block in sub_matrix.fixed_rows::<1>(0).iter() { - column_block.execute_read_async(); - } - } - - // Verify all memory accesses have finished - barrier::dsb(barrier::SY); - - // Copy the partial sums into the bank - for chunk in output_partial_sum_vector - .fixed_rows_with_step_mut::(0, 16) - .iter_mut() - { - chunk.execute_write(); - } - - // Execute the EXIT instruction - dummy.execute_read(); -} -``` - - \ No newline at end of file + diff --git a/slides/conclusion.md b/slides/conclusion.md index cd7513c..dfb511f 100644 --- a/slides/conclusion.md +++ b/slides/conclusion.md @@ -1,6 +1,7 @@ ## Conclusion and Future Work
+

- PIM can accelerate memory-bound workloads @@ -9,6 +10,7 @@
#### Future work: + - Simulate multiple channels - Implementation of Linux driver - Comparison with complete neural networks - Consider replacing library approach with compiler approach diff --git a/slides/implementation.md b/slides/implementation.md index 06a74ac..c9ed23b 100644 --- a/slides/implementation.md +++ b/slides/implementation.md @@ -78,7 +78,7 @@ code { Host-side -```rust {all|7-10|12-17|19-28|30-31}{lines:true,maxHeight:'15em',at:1} +```rust {all|7-10|12-17|22-28|30-31}{lines:true,maxHeight:'15em',at:1} pub fn execute( matrix: &Matrix, input_vector: &Vector, diff --git a/slides/introduction.md b/slides/introduction.md index 0b4a126..0e9b839 100644 --- a/slides/introduction.md +++ b/slides/introduction.md @@ -2,11 +2,10 @@ ### Energy Demand of Applications
-
- Total compute energy approaches world's energy production - --> drastic improvements in energy efficiency needed + --> Drastic improvements in energy efficiency needed
@@ -19,11 +18,10 @@ --- @@ -32,9 +30,9 @@ ### Memory Bound Workloads
-
+- AI applications become increasingly memory-bound -- AI workloads become increasingly memory-bound + --> Instead of bringing the data to the processing, bring the processing to the data
@@ -52,5 +50,7 @@ - Emerging AI applications become increasingly memory-bound - Roofline model - Not limited by compute power but by memory --> researchers begin to consider processing in memory to circumvent memory bottleneck +- researchers begin to consider PIM to circumvent memory bottleneck + +- (drastically more parameters in GPT-3, operational intensity goes down) --> diff --git a/slides/pim.md b/slides/pim.md index 68d03aa..da40874 100644 --- a/slides/pim.md +++ b/slides/pim.md @@ -10,11 +10,6 @@
- - --- preload: false clicks: 1 @@ -45,10 +40,6 @@ clicks: 1 - - --- ## Processing-in-Memory @@ -58,19 +49,24 @@ clicks: 1


-
### Suitable candidates for PIM: + +
+ - Fully connected layers in multilayer perceptrons (MLPs) - Layers in recurrent neural networks (RNNs)
-### Unsuitable candidates for PIM: +### Less suitable candidates for PIM: + +
+ - Convolutional neural networks (CNNs)
@@ -175,7 +171,7 @@ To summarize... --- ## Processing-in-Memory -### Samsung's PIM-HBM +### Samsung's PIM-HBM | Processing Unit

@@ -183,9 +179,14 @@ To summarize... - Two 16-wide 16-bit FPUs - Register files and control unit -
- -
+
+ +#### Instructions: +- Control: NOP, JUMP, EXIT +- Data: MOV (ReLU), FILL +- Arithmetic: ADD, MUL, MAC, MAD + + @@ -206,15 +207,27 @@ To summarize... --> --- -layout: figure -figureUrl: /gemv.svg -figureCaption: Procedure to perform a (128×8)×(128) GEMV operation + +## Processing-in-Memory +### Samsung's PIM-HBM | GEMV Operation +
+ + + + --- ## Processing-in-Memory -### Samsung's PIM-HBM +### Samsung's PIM-HBM | GEMV Operation
+ + + + + + + Lee et al. „Hardware Architecture and Software Stack for PIM Based on Commercial DRAM Technology : Industrial Product“, 2021. @@ -228,20 +241,6 @@ figureCaption: Procedure to perform a (128×8)×(128) GEMV operation - partial sum, reduced by host --> ---- -layout: figure -figureUrl: /layout.svg -figureCaption: Mapping of the weight matrix onto the memory banks ---- - -## Processing-in-Memory -### Samsung's PIM-HBM -
- - - --- ## Processing-in-Memory @@ -253,8 +252,8 @@ figureCaption: Mapping of the weight matrix onto the memory banks

-- Simulations are needed to analyze the performance gains of PIM -- Research should not only focus on hardware but also explore the software side +- To analyze the performance gains of PIM, simulations are needed +- Research should not only focus on hardware but also explore the programmability
diff --git a/slides/simulations.md b/slides/simulations.md index a6c6779..9a2f502 100644 --- a/slides/simulations.md +++ b/slides/simulations.md @@ -59,18 +59,22 @@ Operand Dimensions - Generic ARM system - Infinite compute system + - unrealistic frequency of 100 GHz - completely memory bound + - lower bound of possible speedup
+
+ #### Two real GPUs using HBM2:
- AMD RX Vega 56 -- NVIDIA V100 +- NVIDIA Tesla V100