算子优化实战:手写 Triton Kernel,将 LayerNorm 算子的执行时间压缩 50%

标签:#Triton #CUDA #AICompiler #HPC #PyTorch #LayerNorm


📉 前言:为什么 PyTorch 原生算子还不够快?

PyTorch 的torch.nn.LayerNorm虽然底层调用了 cuDNN 或 ATen 的优化实现,但在处理特定 Shape 或与其他算子结合时,依然存在性能损耗:

  1. 显存带宽瓶颈:LayerNorm 需要读取输入 ,计算均值 和方差 ,然后再读取一次 进行归一化。多次读写 Global Memory 是最大的开销。
  2. 通用性妥协:原生库为了兼容各种极端 Shape,往往会有很多分支判断逻辑,牺牲了特定场景的极致性能。

Triton 的核心思路:将所有计算(均值、方差、归一化、仿射变换)融合在一个 Kernel 中,数据只从 Global Memory 读一次,写一次,中间全部在 GPU 的 SRAM(片上内存)中完成。


🧠 一、 LayerNorm 的数学原理与并行策略

LayerNorm 的公式如下:

其中,计算是按行 (Row-wise)独立的。

  • 并行策略:每一行(Row)由一个 Triton Progr

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