【tvm官网教程01】设计和架构-3-pass

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目的

### 三级标题:LLVM、TVM与MLIR的技术联系与演进关系 LLVM 是一种通用的编译器基础设施,其核心设计围绕一种独立于语言的中间表示(IR),这种 IR 可以作为可移植的高级汇编语言,支持多种编程语言的前端多种目标架构的后端[^1]。LLVM 的 IR 通过多次传递中的各种转换进行优化,具备模块化可扩展性,广泛用于 C/C++、Rust 等语言的编译优化。 TVM 是一个专注于深度学习编译的框架,其 IR 设计支持多级优化自动调度。TVM 的 IR 层不仅支持深度学习算子的表示,还能够通过调度原语(如 `split`、`reorder`)表达硬件特性与算法之间的映射关系[^2]。TVM 的优化策略包括自动调度、算子融合内存优化,特别适合在异构硬件平台上进行高性能推理训练。 MLIR(Multi-Level Intermediate Representation)则是一种更通用的中间表示框架,其核心优势在于 Dialect 系统。MLIR 支持从高层语言到低层硬件的多级 IR 表达,并允许不同层次的 IR 在统一命名空间中进行转换优化。这种设计使得 MLIR 可以在不同抽象层级上进行协同优化,例如在高级 IR 中进行控制流优化,在低级 IR 中进行寄存器分配指令调度[^3]。 LLVM 为 TVM MLIR 提供了底层代码生成优化能力。TVM 在其 IR 层中可以调用 LLVM 来生成高效的本地代码,而 MLIR 则可以直接将低层 IR 转换为 LLVM IR,并利用 LLVM 的优化 Pass Pipeline 进行进一步优化。这种架构使得 TVM MLIR 可以复用 LLVM 的成熟优化技术,同时在其之上构建更高级的领域特定优化。 MLIR 的设计还受到 LLVM 的启发,但其目标是支持多级 IR 的协同优化。MLIR 的 Dialect 系统允许开发者定义特定领域的 IR,并在不同 Dialect 之间进行转换。这种机制使得 MLIR 能够更好地支持 AI 编译器的构建,例如将 TensorFlow 或 PyTorch 的高层 IR 转换为 TVM 或 LLVM 的低层 IR 进行执行[^3]。 在演进关系上,LLVM 是最早出现的通用编译器框架,TVM 则是在深度学习兴起后针对 AI 领域进行优化的编译器,而 MLIR 则是在 LLVM TVM 的基础上进一步抽象出多级 IR 的通用编译器框架。这种演进关系反映了编译器技术从通用计算到领域特定计算(如 AI)再到多级抽象的趋势。 ### 示例代码:MLIR 中的 Dialect 转换 ```mlir // 定义一个简单的 Dialect def MyDialect : Dialect { let name = "mydialect"; let cppNamespace = "mydialect"; } // 使用该 Dialect 定义一个操作 def MyOp : Op<MyDialect, "my_op"> { let arguments = (ins F32:$input); let results = (outs F32:$output); let assemblyFormat = "$input attr-dict `->` $output"; } // 在 MLIR 中使用该操作 func @example() { %0 = mydialect.my_op %input : f32 -> f32 return %0 : f32 } ``` 上述代码展示了如何在 MLIR 中定义使用一个自定义 Dialect,这种机制使得 MLIR 能够支持多级 IR 的协同优化。
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