PyTorch/XLA API¶
torch_xla¶
- torch_xla.device(index: Optional[int] = None) device [source]¶
返回指定 XLA 设备实例。
如果启用 SPMD,则返回一个虚拟设备,该设备封装了此进程可用的所有设备。
- 参数
index – 要返回的 XLA 设备的索引。对应于 torch_xla.devices() 中的索引。
- 返回
一个 XLA torch.device 对象。
- torch_xla.compile(f: Optional[Callable] = None, full_graph: Optional[bool] = False, name: Optional[str] = None, num_different_graphs_allowed: Optional[int] = None)[source]¶
使用 torch_xla 的 LazyTensor 跟踪模式优化给定的模型/函数。PyTorch/XLA 将使用给定的输入跟踪给定的函数,然后生成图来表示函数内部发生的 PyTorch 操作。此图将由 XLA 编译并在加速器(由张量的设备决定)上执行。对于函数的编译区域,即时模式将被禁用。
- 参数
model (Callable) – 要优化的模块/函数,如果未传入,此函数将作为上下文管理器使用。
full_graph (Optional[bool]) – 此编译是否应生成一个单一图。如果设置为 True 并且将生成多个图,torch_xla 将抛出错误并带调试信息退出。
name (Optional[name]) – 编译程序的名称。如果未指定,将使用函数 f 的名称。此名称将用于 PT_XLA_DEBUG 消息以及 HLO/IR dump 文件中。
num_different_graphs_allowed (Optional[python:int]) – 允许拥有的给定模型/函数的不同跟踪图数量。如果超出此限制,将引发错误。
示例
# usage 1 @torch_xla.compile() def foo(x): return torch.sin(x) + torch.cos(x) def foo2(x): return torch.sin(x) + torch.cos(x) # usage 2 compiled_foo2 = torch_xla.compile(foo2) # usage 3 with torch_xla.compile(): res = foo2(x)
runtime¶
- torch_xla.runtime.device_type() Optional[str] [source]¶
返回当前的 PjRt 设备类型。
如果未配置任何设备,则选择一个默认设备
- 返回
设备的字符串表示形式。
- torch_xla.runtime.global_ordinal() int [source]¶
返回此线程在所有进程中的全局序号。
全局序号在 [0, global_device_count) 范围内。全局序号与 TPU worker ID 之间不保证有任何可预测的关系,也不保证在每个主机上是连续的。
- torch_xla.runtime.get_master_ip() str [source]¶
检索运行时的 master worker IP。这会调用后端特定的发现 API。
- 返回
master worker 的 IP 地址,以字符串形式表示。
- torch_xla.runtime.use_spmd(auto: Optional[bool] = False)[source]¶
用于启用 SPMD 模式的 API。这是启用 SPMD 的推荐方法。
如果某些张量已经在非 SPMD 设备上初始化,这将强制进入 SPMD 模式。这意味着这些张量将在设备间进行复制。
- 参数
auto (*bool*) – 是否启用自动分片。阅读 https://github.com/pytorch/xla/blob/master/docs/spmd_advanced.md#auto-sharding 获取更多详情。
xla_model¶
- torch_xla.core.xla_model.xla_device(n: Optional[int] = None, devkind: Optional[str] = None) device [source]¶
返回指定 XLA 设备实例。
- 参数
n (*python:int*, *optional*) – 要返回的特定实例(序号)。如果指定,将返回特定的 XLA 设备实例。否则将返回 devkind 的第一个设备。
devkind (*string...*, *optional*) – 如果指定,则为设备类型,例如 TPU、CUDA、CPU 或自定义 PJRT 设备。已弃用。
- 返回
具有请求实例的 torch.device 对象。
- torch_xla.core.xla_model.xla_device_hw(device: Union[str, device]) str [source]¶
返回给定设备的硬件类型。
- 参数
device (*string* 或 *torch.device*) – 将映射到实际设备的 xla 设备。
- 返回
给定设备的硬件类型的字符串表示形式。
- torch_xla.core.xla_model.is_master_ordinal(local: bool = True) bool [source]¶
检查当前进程是否是 master 序号 (0)。
- 参数
local (*bool*) – 是否检查本地或全局 master 序号。在多主机复制的情况下,只有一个全局 master 序号(主机 0,设备 0),而有 NUM_HOSTS 个本地 master 序号。默认值:True
- 返回
一个布尔值,指示当前进程是否是 master 序号。
- torch_xla.core.xla_model.all_reduce(reduce_type: str, inputs: Union[Tensor, List[Tensor]], scale: float = 1.0, groups: Optional[List[List[int]]] = None, pin_layout: bool = True) Union[Tensor, List[Tensor]] [source]¶
对输入张量执行原地规约操作。
- 参数
reduce_type (*string*) – 以下之一:
xm.REDUCE_SUM
、xm.REDUCE_MUL
、xm.REDUCE_AND
、xm.REDUCE_OR
、xm.REDUCE_MIN
和xm.REDUCE_MAX
。inputs – 一个单独的 torch.Tensor 或一个 torch.Tensor 列表,用于执行 all reduce 操作。
scale (*python:float*) – 在规约后应用的默认缩放值。默认值:1.0
groups (*list*, *optional*) –
一个列表的列表,表示 all_reduce() 操作的副本组。示例:[[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7]]
定义了两个组,一个包含 [0, 1, 2, 3] 副本,另一个包含 [4, 5, 6, 7] 副本。如果为 None,则只有一个包含所有副本的组。
pin_layout (*bool*, *optional*) – 是否为此通信操作固定布局。当参与通信的每个进程具有稍微不同的程序时,固定布局可以防止潜在的数据损坏,但可能会导致一些 xla 编译失败。当看到类似于“HloModule has a mix of layout constrained”的错误消息时,请取消固定布局。
- 返回
如果传入单个 torch.Tensor,返回值是一个 torch.Tensor,其中包含规约后的值(跨副本)。如果传入列表/元组,此函数将对输入张量执行原地 all-reduce 操作,并返回列表/元组本身。
- torch_xla.core.xla_model.all_gather(value: Tensor, dim: int = 0, groups: Optional[List[List[int]]] = None, output: Optional[Tensor] = None, pin_layout: bool = True) Tensor [source]¶
沿给定维度执行 all-gather 操作。
- 参数
value (torch.Tensor) – 输入张量。
dim (python:int) – 聚集维度。默认值: 0
groups (*list*, *optional*) –
一个列表的列表,表示 all_gather() 操作的副本组。示例:[[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7]]
定义了两个组,一个包含 [0, 1, 2, 3] 副本,另一个包含 [4, 5, 6, 7] 副本。如果为 None,则只有一个包含所有副本的组。
output (torch.Tensor) – 可选的输出张量。
pin_layout (*bool*, *optional*) – 是否为此通信操作固定布局。当参与通信的每个进程具有稍微不同的程序时,固定布局可以防止潜在的数据损坏,但可能会导致一些 xla 编译失败。当看到类似于“HloModule has a mix of layout constrained”的错误消息时,请取消固定布局。
- 返回
一个张量,其
dim
维度包含所有参与副本的值。
- torch_xla.core.xla_model.all_to_all(value: Tensor, split_dimension: int, concat_dimension: int, split_count: int, groups: Optional[List[List[int]]] = None, pin_layout: bool = True) Tensor [source]¶
对输入张量执行 XLA AllToAll() 操作。
参阅:https://tensorflowcn.cn/xla/operation_semantics#alltoall
- 参数
value (torch.Tensor) – 输入张量。
split_dimension (python:int) – 进行分割的维度。
concat_dimension (python:int) – 进行拼接的维度。
split_count (python:int) – 分割计数。
groups (*list*, *optional*) –
一个列表的列表,表示 all_reduce() 操作的副本组。示例:[[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7]]
定义了两个组,一个包含 [0, 1, 2, 3] 副本,另一个包含 [4, 5, 6, 7] 副本。如果为 None,则只有一个包含所有副本的组。
pin_layout (*bool*, *optional*) – 是否为此通信操作固定布局。当参与通信的每个进程具有稍微不同的程序时,固定布局可以防止潜在的数据损坏,但可能会导致一些 xla 编译失败。当看到类似于“HloModule has a mix of layout constrained”的错误消息时,请取消固定布局。
- 返回
all_to_all() 操作的结果 torch.Tensor。
- torch_xla.core.xla_model.add_step_closure(closure: Callable[[...], Any], args: Tuple[Any, ...] = (), run_async: bool = False)[source]¶
将一个闭包添加到步骤结束时运行的闭包列表。
在模型训练过程中,经常需要在中间张量的内容被检查后打印/报告信息(打印到控制台,发布到 tensorboard 等)。在模型代码的不同点检查不同张量的内容需要多次执行,通常会导致性能问题。添加步骤闭包将确保它在屏障之后运行,此时所有存活的张量都已具体化到设备数据。存活的张量将包括闭包参数捕获的张量。因此,使用 add_step_closure() 将确保只执行一次,即使有多个闭包排队,需要检查多个张量。步骤闭包将按排队顺序依次运行。请注意,即使使用此 API 可优化执行,仍建议每 N 个步骤限制一次打印/报告事件的频率。
- 参数
closure (callable) – 要调用的函数。
args (tuple) – 要传递给闭包的参数。
run_async – 如果为 True,则异步运行闭包。
- torch_xla.core.xla_model.wait_device_ops(devices: List[str] = [])[source]¶
等待给定设备上的所有异步操作完成。
- 参数
devices (string..., optional) – 需要等待其异步操作的设备。如果为空,则等待所有本地设备。
- torch_xla.core.xla_model.optimizer_step(optimizer: Optimizer, barrier: bool = False, optimizer_args: Dict = {}, groups: Optional[List[List[int]]] = None, pin_layout: bool = True)[source]¶
运行提供的优化器步骤并在所有设备上同步梯度。
- 参数
optimizer (
torch.Optimizer
) – 需要调用其 step() 函数的 torch.Optimizer 实例。step() 函数将使用 optimizer_args 命名参数调用。barrier (bool, optional) – 是否在此 API 中发出 XLA 张量屏障。如果使用 PyTorch XLA ParallelLoader 或 DataParallel 支持,则不是必需的,因为屏障将由 XLA 数据加载器迭代器的 next() 调用发出。默认值: False
optimizer_args (dict, optional) – optimizer.step() 调用的命名参数字典。
groups (*list*, *optional*) –
一个列表的列表,表示 all_reduce() 操作的副本组。示例:[[0, 1, 2, 3], [4, 5, 6, 7]]
定义了两个组,一个包含 [0, 1, 2, 3] 副本,另一个包含 [4, 5, 6, 7] 副本。如果为 None,则只有一个包含所有副本的组。
pin_layout (bool, optional) – 在规约梯度时是否固定布局。详细信息请参阅 xm.all_reduce。
- 返回
与 optimizer.step() 调用返回的值相同。
示例
>>> import torch_xla.core.xla_model as xm >>> xm.optimizer_step(self.optimizer)
- torch_xla.core.xla_model.save(data: Any, file_or_path: Union[str, TextIO], master_only: bool = True, global_master: bool = False)[source]¶
将输入数据保存到文件。
保存的数据在保存之前会被传输到 PyTorch CPU 设备,因此后续的 torch.load() 将加载 CPU 数据。处理视图时必须小心。建议在张量加载并移动到其目标设备后重新创建视图,而不是保存视图。
- 参数
data – 要保存的输入数据。可以是 Python 对象的任何嵌套组合(列表、元组、集合、字典等)。
file_or_path – 数据保存操作的目标。可以是文件路径或 Python 文件对象。如果 master_only 为
False
,则路径或文件对象必须指向不同的目标,否则同一主机的所有写入将相互覆盖。master_only (bool, optional) – 是否仅主设备保存数据。如果为 False,则 file_or_path 参数对于参与复制的每个序号都应是不同的文件或路径,否则同一主机上的所有副本将写入同一位置。默认值: True
global_master (bool, optional) – 当
master_only
为True
时,此标志控制是每个主机的 master(如果global_master
为False
)保存内容,还是仅全局 master(序号 0)保存。默认值: False
示例
>>> import torch_xla.core.xla_model as xm >>> xm.wait_device_ops() # wait for all pending operations to finish. >>> xm.save(obj_to_save, path_to_save) >>> xm.rendezvous('torch_xla.core.xla_model.save') # multi process context only
- torch_xla.core.xla_model.rendezvous(tag: str, payload: bytes = b'', replicas: List[int] = []) List[bytes] [source]¶
等待所有网格客户端到达指定的会合点。
注意:PJRT 不支持 XRT 网格服务器,因此这实际上是 xla_rendezvous 的别名。
- 参数
tag (string) – 要加入的会合点的名称。
payload (bytes, optional) – 要发送到会合点的载荷。
replicas (list, python:int) – 参与会合的副本序号。空列表表示网格中的所有副本。默认值: []
- 返回
所有其他核心交换的载荷列表,核心序号 i 的载荷位于返回列表的第 i 个位置。
示例
>>> import torch_xla.core.xla_model as xm >>> xm.rendezvous('example')
- torch_xla.core.xla_model.mesh_reduce(tag: str, data, reduce_fn: Callable[[...], Any]) Union[Any, ToXlaTensorArena] [source]¶
执行图外客户端网格规约。
- 参数
tag (string) – 要加入的会合点的名称。
data – 要规约的数据。reduce_fn 可调用对象将接收一个列表,其中包含来自所有网格客户端进程(每个核心一个)的相同数据的副本。
reduce_fn (callable) – 一个函数,接收一个类 data 对象的列表并返回规约结果。
- 返回
规约后的值。
示例
>>> import torch_xla.core.xla_model as xm >>> import numpy as np >>> accuracy = xm.mesh_reduce('test_accuracy', accuracy, np.mean)
- torch_xla.core.xla_model.set_rng_state(seed: int, device: Optional[str] = None)[source]¶
设置随机数生成器状态。
- 参数
seed (python:integer) – 要设置的状态。
device (string, optional) – 需要设置 RNG 状态的设备。如果缺失,将设置默认设备种子。
- torch_xla.core.xla_model.get_rng_state(device: Optional[str] = None) int [source]¶
获取当前运行的随机数生成器状态。
- 参数
device (string, optional) – 需要检索其 RNG 状态的设备。如果缺失,将设置默认设备种子。
- 返回
RNG 状态,以整数形式。
- torch_xla.core.xla_model.get_memory_info(device: Optional[device] = None) MemoryInfo [source]¶
检索设备内存使用情况。
- 参数
device – Optional[torch.device] 需要其内存信息的设备。
device. (If not passed will use the default) – 如果未传递,将使用默认设备。
- 返回
带有给定设备内存使用情况的 MemoryInfo 字典。
示例
>>> xm.get_memory_info() {'bytes_used': 290816, 'bytes_limit': 34088157184, 'peak_bytes_used': 500816}
- torch_xla.core.xla_model.get_stablehlo(tensors: Optional[List[Tensor]] = None) str [source]¶
获取计算图的 StableHLO 字符串格式。
如果 tensors 不为空,将转储以 tensors 为输出的图。如果 tensors 为空,将转储整个计算图。
对于推理图,建议将模型输出传递给 tensors。对于训练图,识别“输出”并不直接。建议使用空的 tensors。
要在 StableHLO 中启用源代码行信息,请设置环境变量 XLA_HLO_DEBUG=1。
- 参数
tensors (list[torch.Tensor], optional) – 代表 StableHLO 图的输出/根张量。
- 返回
StableHLO Module 的字符串格式。
- torch_xla.core.xla_model.get_stablehlo_bytecode(tensors: Optional[Tensor] = None) bytes [source]¶
获取计算图的 StableHLO 字节码格式。
如果 tensors 不为空,将转储以 tensors 为输出的图。如果 tensors 为空,将转储整个计算图。
对于推理图,建议将模型输出传递给 tensors。对于训练图,识别“输出”并不直接。建议使用空的 tensors。
- 参数
tensors (list[torch.Tensor], optional) – 代表 StableHLO 图的输出/根张量。
- 返回
StableHLO Module 的字节码格式。
分布式¶
- class torch_xla.distributed.parallel_loader.MpDeviceLoader(loader, device, **kwargs)[source]¶
使用后台数据上传包装现有 PyTorch DataLoader。
此类仅应与多进程数据并行一起使用。它将使用 ParallelLoader 包装传入的 dataloader 并返回当前设备的 per_device_loader。
- 参数
loader (
torch.utils.data.DataLoader
) – 要包装的 PyTorch DataLoader。device (torch.device…) – 必须将数据发送到的设备。
kwargs – ParallelLoader 构造函数的命名参数。
示例
>>> device = torch_xla.device() >>> train_device_loader = MpDeviceLoader(train_loader, device)
- torch_xla.distributed.xla_multiprocessing.spawn(fn, args=(), nprocs=None, join=True, daemon=False, start_method='spawn')[source]¶
启用基于多进程的复制。
- 参数
fn (callable) – 为参与复制的每个设备调用的函数。该函数将被调用,第一个参数是复制中进程的全局索引,后跟 args 中传递的参数。
args (tuple) – fn 的参数。默认值: 空元组
nprocs (python:int) – 复制的进程/设备数量。目前,如果指定,可以是 1 或 None(这将自动转换为最大设备数量)。其他数字将导致 ValueError。
join (bool) – 调用是否应阻塞等待已启动进程的完成。默认值: True
daemon (bool) – 启动的进程是否应设置 daemon 标志(参见 Python 多进程 API)。默认值: False
start_method (string) – Python multiprocessing 进程创建方法。默认值: spawn
- 返回
与 torch.multiprocessing.spawn API 返回的对象相同。如果 nprocs 为 1,则直接调用 fn 函数,API 将返回 None。
spmd¶
- torch_xla.distributed.spmd.mark_sharding(t: Union[Tensor, XLAShardedTensor], mesh: Mesh, partition_spec: Tuple[Optional[Union[Tuple, int, str]], ...]) XLAShardedTensor [source]¶
使用 XLA 分区规范注释提供的张量。在内部,它将相应的 XLATensor 注释为分片,供 XLA SpmdPartitioner 阶段使用。
- 参数
t (Union[torch.Tensor, XLAShardedTensor]) – 要使用 partition_spec 注释的输入张量。
mesh (Mesh) – 描述逻辑 XLA 设备拓扑和底层设备 ID。
partition_spec (Tuple[Tuple, python:int, str, None]) – 设备网格维度索引或 None 的元组。每个索引是一个 int、如果网格轴被命名则是 str,或者 int 或 str 的元组。这指定了每个输入秩如何被分片(网格形状的索引)或复制(None)。指定元组时,对应的输入张量轴将沿着元组中所有逻辑轴进行分片。请注意,元组中指定网格轴的顺序将影响结果分片。
dynamo_custom_op (bool) – 如果设置为 True,它将调用 mark_sharding 的 dynamo 自定义操作变体,使其可被 dynamo 识别和追踪。
示例
>>> import torch_xla.runtime as xr >>> import torch_xla.distributed.spmd as xs >>> mesh_shape = (4, 2) >>> num_devices = xr.global_runtime_device_count() >>> device_ids = np.array(range(num_devices)) >>> mesh = Mesh(device_ids, mesh_shape, ('x', 'y')) >>> input = torch.randn(8, 32).to(xm.xla_device()) >>> xs.mark_sharding(input, mesh, (0, None)) # 4-way data parallel >>> linear = nn.Linear(32, 10).to(xm.xla_device()) >>> xs.mark_sharding(linear.weight, mesh, (None, 1)) # 2-way model parallel
- torch_xla.distributed.spmd.clear_sharding(t: Union[Tensor, XLAShardedTensor]) Tensor [source]¶
清除输入张量的分片注释并返回转换为 cpu 的张量。这是一个就地操作,但也会返回同一个 torch.Tensor。
- 参数
t (Union[torch.Tensor, XLAShardedTensor]) – 我们想要清除分片的张量。
- 返回
未分片的张量。
- Return type
t (torch.Tensor)
示例
>>> import torch_xla.distributed.spmd as xs >>> torch_xla.runtime.use_spmd() >>> t1 = torch.randn(8,8).to(torch_xla.device()) >>> mesh = xs.get_1d_mesh() >>> xs.mark_sharding(t1, mesh, (0, None)) >>> xs.clear_sharding(t1)
- torch_xla.distributed.spmd.set_global_mesh(mesh: Mesh)[source]¶
设置可用于当前进程的全局网格。
- 参数
mesh – (Mesh) 将成为全局网格的 Mesh 对象。
示例
>>> import torch_xla.distributed.spmd as xs >>> mesh = xs.get_1d_mesh("data") >>> xs.set_global_mesh(mesh)
- torch_xla.distributed.spmd.get_global_mesh() Optional[Mesh] [source]¶
获取当前进程的全局网格。
- 返回
(Optional[Mesh]) 如果已设置全局网格,则为 Mesh 对象,否则返回 None。
- Return type
mesh
示例
>>> import torch_xla.distributed.spmd as xs >>> xs.get_global_mesh()
- torch_xla.distributed.spmd.get_1d_mesh(axis_name: Optional[str] = None) Mesh [source]¶
一个辅助函数,返回所有设备位于同一维度的网格。
- 参数
axis_name – (Optional[str]) 可选字符串,表示网格的轴名称
- 返回
Mesh 对象
- Return type
示例
>>> # This example is assuming 1 TPU v4-8 >>> import torch_xla.distributed.spmd as xs >>> mesh = xs.get_1d_mesh("data") >>> print(mesh.mesh_shape) (4,) >>> print(mesh.axis_names) ('data',)
- class torch_xla.distributed.spmd.Mesh(device_ids: Union[ndarray, List], mesh_shape: Tuple[int, ...], axis_names: Optional[Tuple[str, ...]] = None)[source]¶
描述逻辑 XLA 设备拓扑网格和底层资源。
- 参数
device_ids (Union[np.ndarray, List]) – 按自定义顺序排列的设备(ID)展平列表。该列表将被重塑为 mesh_shape 数组,并使用类似 C 语言的索引顺序填充元素。
mesh_shape (Tuple[python:int, ...]) – 一个整数元组,描述设备网格的逻辑拓扑形状,且每个元素描述了相应轴上的设备数量。
axis_names (Tuple[str, ...]) – 资源轴名称的序列,将分配给 devices 参数的维度。其长度应与 devices 的秩匹配。
示例
>>> mesh_shape = (4, 2) >>> num_devices = len(xm.get_xla_supported_devices()) >>> device_ids = np.array(range(num_devices)) >>> mesh = Mesh(device_ids, mesh_shape, ('x', 'y')) >>> mesh.get_logical_mesh() >>> array([[0, 1], [2, 3], [4, 5], [6, 7]]) >>> mesh.shape() OrderedDict([('x', 4), ('y', 2)])
- class torch_xla.distributed.spmd.HybridMesh(*, ici_mesh_shape: Tuple[int, ...], dcn_mesh_shape: Optional[Tuple[int, ...]] = None, axis_names: Optional[Tuple[str, ...]] = None)[source]¶
- 创建一个由通过 ICI 和 DCN 网络连接的设备组成的混合设备网格。
逻辑网格的形状应按网络强度递增的顺序排列,例如 [replica, data, model],其中 model 具有最高的网络通信需求。
- 参数
ici_mesh_shape – 用于内部连接设备的逻辑网格形状。
dcn_mesh_shape – 用于外部连接设备的逻辑网格形状。
示例
>>> # This example is assuming 2 slices of v4-8. >>> ici_mesh_shape = (1, 4, 1) # (data, fsdp, tensor) >>> dcn_mesh_shape = (2, 1, 1) >>> mesh = HybridMesh(ici_mesh_shape, dcn_mesh_shape, ('data','fsdp','tensor')) >>> print(mesh.shape()) >>> >> OrderedDict([('data', 2), ('fsdp', 4), ('tensor', 1)])
experimental¶
debug¶
- torch_xla.debug.metrics.short_metrics_report(counter_names: Optional[list] = None, metric_names: Optional[list] = None)[source]¶
检索包含完整的指标和计数器报告的字符串。
- 参数
counter_names (list) – 需要打印其数据的计数器名称列表。
metric_names (list) – 需要打印其数据的指标名称列表。