Over the years, accelerating neural networks with quantization has been widely studied. Unfortunately, prior efforts with diverse precisions (e.g., 1-bit weights and 2-bit activations) are usually restricted by limited precision support on GPUs (e.g., int1 and int4). To break such restrictions, we introduce the first Arbitrary Precision Neural Network framework (APNN-TC) to fully exploit quantization benefits on Ampere GPU Tensor Cores. Specifically, APNN-TC first incorporates a novel emulation algorithm to support arbitrary short bit-width computation with int1 compute primitives and XOR/AND Boolean operations. Second, APNN-TC integrates arbitrary precision layer designs to efficiently map our emulation algorithm to Tensor Cores with novel batching strategies and specialized memory organization. Third, APNN-TC embodies a novel arbitrary precision NN design to minimize memory access across layers and further improve performance. Extensive evaluations show that APNN-TC can achieve significant speedup over CUTLASS kernels and various NN models, such as ResNet and VGG.


翻译:多年来,人们广泛研究了加速神经网络的量化效益,不幸的是,以往的精确度各不相同的努力(如1比特重量和2比特活化)通常受到对GPU(如Int1和Int4)的有限精确支持的限制,为了打破这些限制,我们引入了第一个任意精密神经网络框架(APNN-TC),以充分利用Ampere GPU Tensor Cores的量化效益。具体地说,APNN-TC首先采用了一种新型的模拟算法,以支持利用Int1计算原始和XOR/AND Boolean的任意短微宽度计算。第二,APNNNT整合了任意精度层设计,以便以新的批量战略和专业记忆组织有效地将我们的模拟算法映射到Tensor Cores。第三,APNNT体现了一种新的任意精确度设计,以尽量减少跨层的记忆存取和进一步改进业绩。广泛的评价显示,APNT能够大大加快CUTLASS内核和各种模型,如ResNet和VGG。

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