CANN/HCCL Ring集合通信算法
Ring
【免费下载链接】hccl集合通信库（Huawei Collective Communication Library，简称HCCL）是基于昇腾AI处理器的高性能集合通信库，为计算集群提供高性能、高可靠的通信方案项目地址: https://gitcode.com/cann/hccl
算法描述
Ring算法，所有的NPU以环形相连，每张卡都有左手卡与右手卡，一个负责数据接收，一个负责数据发送，循环完成梯度累加，再循环做参数同步。
Ring算法适用于“星型”或“胖树”拓扑互联，其特点是通过Ring环将所有NPU设备的单端口双工链路串联起来。
Ring算法实现AllReduce算子的流程如下图所示，每一步依次给下游发送对应的数据块，沿着环转一圈之后完成ReduceScatter阶段，再沿环转一圈完成AllGather阶段。
Ring算法的时间复杂度是O(n-1)，n为Ring环上的NPU设备个数。
耗时计算
整体思路为：将所有参与的节点构成环，每个节点只和左右节点通信，如果节点数为p，则需要的通信次数为p-1，每次交换$\frac{1}{p}$的数据。
表 1Ring算法中各操作计算耗时
| 操作 | 耗时 |
|---|---|
| Scatter | $(p-1)(\alpha+\frac np\beta)=(p-1)\alpha+\frac {p-1}p n\beta$ |
| Gather | $(p-1)(\alpha+\frac np\beta)=(p-1)\alpha+\frac {p-1}p n\beta$ |
| Broadcast | $(p-1)(\alpha+n\beta)=(p-1)\alpha+ (p-1)n\beta$ |
| Reduce | $(p-1)(\alpha+n\beta + n\gamma)=(p-1)\alpha+ (p-1)n\beta +(p-1)n\gamma$ |
| ReduceScatter | $(p-1)(\alpha+\frac{n}{p}\beta+\frac{n}{p}\gamma)=(p-1)\alpha+\frac{p-1}{p}n\beta+\frac{p-1}{p}n\gamma$ |
| AllGather | $(p-1)(\alpha+\frac{n}{p}\beta)=(p-1)\alpha+\frac{p-1}{p}n\beta$ |
| AllReduce | 实现为ReduceScatter + Allgather: $2(p-1)\alpha+2\frac{p-1}{p}n\beta+\frac{p-1}{p}n\gamma$ |
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创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考