CANN/ops-nn二元交叉熵损失算子

aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits

【免费下载链接】ops-nn本项目是CANN提供的神经网络类计算算子库，实现网络在NPU上加速计算。项目地址: https://gitcode.com/cann/ops-nn

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产品支持情况

功能说明

• 接口功能：计算输入logits与标签target之间的BCELoss损失。

• 计算公式：

  • 单标签场景：

    $$ \ell(self, target) = L = {l_{1},..., l_{n}}^{T} $$

    $$ \ell_{n} = -weight_{n}[target_{n} \cdot log(\sigma(self_{n})) + (1 - target_{n}) \cdot log(1 - \sigma(self_{n}))] $$

    $$ \ell(self, target) = \begin{cases} L, & if\ reduction = none\ mean(L), & if\ reduction = mean\ sum(L), & if\ reduction = sum\ \end{cases} $$

  • 多标签场景：

    $$ \ell_c(self, target) = L_c = {l_{1,c},..., l_{n,c}}^{T} $$

    $$ \ell_{n,c} = -weight_{n,c}[pos_weight_{n,c} \cdot target_{n,c} \cdot log(\sigma(self_{n,c})) + (1 - target_{n,c}) \cdot log(1 - \sigma(self_{n,c}))] $$

函数原型

每个算子分为两段式接口，必须先调用“aclnnBinaryCrossEntropyWithLogitsGetWorkspaceSize”接口获取入参并根据流程计算所需workspace大小，再调用“aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits”接口执行计算。

aclnnStatus aclnnBinaryCrossEntropyWithLogitsGetWorkspaceSize( const aclTensor *self, const aclTensor *target, const aclTensor *weightOptional, const aclTensor *posWeightOptional, int64_t reduction, aclTensor *out, uint64_t *workspaceSize, aclOpExecutor **executor)

aclnnStatus aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits( void *workspace, uint64_t workspaceSize, aclOpExecutor *executor, const aclrtStream stream)

aclnnBinaryCrossEntropyWithLogitsGetWorkspaceSize

• 参数说明：

  参数名	输入/输出	描述	使用说明	数据类型	数据格式	维度(shape)	非连续Tensor
  self（aclTensor*）	输入	连接层输出。	-	FLOAT16、FLOAT、BFLOAT16	ND	1-8	√
  target（aclTensor*）	输入	label标签值。	-	与self保持一致	ND	与self保持一致	√
  weightOptional（aclTensor*）	输入	二分交叉熵权重。	shape需要能够broadcast到target	与self保持一致	ND	1-8	√
  posWeightOptional（aclTensor*）	输入	各类的正类权重。	shape需要能够broadcast到target	与self保持一致	ND	1-8	√
  reduction（int64_t）	输入	输出结果计算方式。	支持0(none)|1(mean)|2(sum)。 0表示不做任何操作 1表示对结果取平均值 2表示对结果求和	INT64	-	-	-
  out（aclTensor*）	输出	输出误差。	如果reduction = 0，shape与self一致，其他情况shape为[1]	与target保持一致	ND	与self保持一致	√
  workspaceSize（uint64_t*）	输出	返回需要在Device侧申请的workspace大小。	-	-	-	-	-
  executor（aclOpExecutor**）	输出	返回op执行器，包含了算子计算流程。	-	-	-	-	-

  • Atlas 推理系列产品 、 Atlas 训练系列产品 ：数据类型不支持BFLOAT16。

• 返回值：

  aclnnStatus: 返回状态码，具体参见aclnn返回码。

  第一段接口完成入参校验，出现以下场景时报错：

  返回值	错误码	描述
  ACLNN_ERR_PARAM_NULLPTR	161001	传入的self或out为空指针。
  ACLNN_ERR_PARAM_INVALID	161002	self、target、weightOptional和posWeightOptional的数据类型和数据格式不在支持的范围内。
  		self和target维度不一致。
  		weightOptional、posWeightOptional不能扩展成self/target形状。

aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits

• 参数说明：

  参数名	输入/输出	描述
  workspace	输入	在Device侧申请的workspace内存地址。
  workspaceSize	输入	在Device侧申请的workspace大小，由第一段接口aclnnBinaryCrossEntropyWithLogitsGetWorkspaceSize获取。
  executor	输入	op执行器，包含了算子计算流程。
  stream	输入	指定执行任务的Stream。

• 返回值：

  aclnnStatus: 返回状态码，具体参见aclnn返回码。

约束说明

• 确定性计算：
  • aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits默认确定性实现。

调用示例

示例代码如下，仅供参考，具体编译和执行过程请参考编译与运行样例。

#include <iostream> #include <vector> #include "acl/acl.h" #include "aclnnop/aclnn_binary_cross_entropy_with_logits.h" #define CHECK_RET(cond, return_expr) \ do { \ if (!(cond)) { \ return_expr; \ } \ } while (0) #define LOG_PRINT(message, ...) \ do { \ printf(message, ##__VA_ARGS__); \ } while (0) int64_t GetShapeSize(const std::vector<int64_t>& shape) { int64_t shapeSize = 1; for (auto i : shape) { shapeSize *= i; } return shapeSize; } int Init(int32_t deviceId, aclrtStream* stream) { // 固定写法，资源初始化 auto ret = aclInit(nullptr); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("aclInit failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); ret = aclrtSetDevice(deviceId); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("aclrtSetDevice failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); ret = aclrtCreateStream(stream); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("aclrtCreateStream failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); return 0; } template <typename T> int CreateAclTensor(const std::vector<T>& hostData, const std::vector<int64_t>& shape, void** deviceAddr, aclDataType dataType, aclTensor** tensor) { auto size = GetShapeSize(shape) * sizeof(T); // 调用aclrtMalloc申请Device侧内存 auto ret = aclrtMalloc(deviceAddr, size, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("aclrtMalloc failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); // 调用aclrtMemcpy将Host侧数据拷贝到Device侧内存上 ret = aclrtMemcpy(*deviceAddr, size, hostData.data(), size, ACL_MEMCPY_HOST_TO_DEVICE); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("aclrtMemcpy failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); // 计算连续tensor的strides std::vector<int64_t> strides(shape.size(), 1); for (int64_t i = shape.size() - 2; i >= 0; i--) { strides[i] = shape[i + 1] * strides[i + 1]; } // 调用aclCreateTensor接口创建aclTensor *tensor = aclCreateTensor(shape.data(), shape.size(), dataType, strides.data(), 0, aclFormat::ACL_FORMAT_ND, shape.data(), shape.size(), *deviceAddr); return 0; } int main() { // 1. （固定写法）device/stream初始化，参考acl API手册 // 根据自己的实际device填写deviceId int32_t deviceId = 0; aclrtStream stream; auto ret = Init(deviceId, &stream); // check根据自己的需要处理 CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("Init acl failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); // 2. 构造输入与输出，需要根据API的接口自定义构造 std::vector<int64_t> inputShape = {4, 2}; std::vector<int64_t> targetShape = {4, 2}; std::vector<int64_t> weightShape = {4, 2}; std::vector<int64_t> posWeightShape = {4, 2}; std::vector<int64_t> outShape = {4, 2}; void* inputDeviceAddr = nullptr; void* targetDeviceAddr = nullptr; void* weightDeviceAddr = nullptr; void* posWeightDeviceAddr = nullptr; void* outDeviceAddr = nullptr; aclTensor* input = nullptr; aclTensor* target = nullptr; aclTensor* weight = nullptr; aclTensor* posWeight = nullptr; aclTensor* out = nullptr; std::vector<float> inputHostData = {0.1, 0.1, 0.2, 0.2, 0.3, 0.3, 0.4, 0.4}; std::vector<float> targetHostData = {0.2, 0.2, 0.1, 0.1, 0.2, 0.2, 0.1, 0.1}; std::vector<float> weightHostData = {0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5}; std::vector<float> posWeightHostData = {0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5}; std::vector<float> outHostData = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; // 创建input aclTensor ret = CreateAclTensor(inputHostData, inputShape, &inputDeviceAddr, aclDataType::ACL_FLOAT, &input); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, return ret); // 创建target aclTensor ret = CreateAclTensor(targetHostData, targetShape, &targetDeviceAddr, aclDataType::ACL_FLOAT, &target); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, return ret); // 创建weight aclTensor ret = CreateAclTensor(weightHostData, weightShape, &weightDeviceAddr, aclDataType::ACL_FLOAT, &weight); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, return ret); // 创建posWeight aclTensor ret = CreateAclTensor(posWeightHostData, posWeightShape, &posWeightDeviceAddr, aclDataType::ACL_FLOAT, &posWeight); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, return ret); // 创建out aclTensor ret = CreateAclTensor(outHostData, outShape, &outDeviceAddr, aclDataType::ACL_FLOAT, &out); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, return ret); int64_t reduction = 0; uint64_t workspaceSize = 0; aclOpExecutor* executor; // aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits接口调用示例 // 3. 调用CANN算子库API，需要修改为具体的API名称 // 调用aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits第一段接口 ret = aclnnBinaryCrossEntropyWithLogitsGetWorkspaceSize(input, target, weight, posWeight, reduction, out, &workspaceSize, &executor); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("aclnnBinaryCrossEntropyWithLogitsGetWorkspaceSize failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); // 根据第一段接口计算出的workspaceSize申请device内存 void* workspaceAddr = nullptr; if (workspaceSize > 0) { ret = aclrtMalloc(&workspaceAddr, workspaceSize, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("allocate workspace failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); } // 调用aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits第二段接口 ret = aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits(workspaceAddr, workspaceSize, executor, stream); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("aclnnBinaryCrossEntropyWithLogits failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); // 4. （固定写法）同步等待任务执行结束 ret = aclrtSynchronizeStream(stream); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("aclrtSynchronizeStream failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); // 5. 获取输出的值，将Device侧内存上的结果拷贝至Host侧，需要根据具体API的接口定义修改 auto size = GetShapeSize(outShape); std::vector<float> resultData(size, 0); ret = aclrtMemcpy(resultData.data(), resultData.size() * sizeof(resultData[0]), outDeviceAddr, size * sizeof(resultData[0]), ACL_MEMCPY_DEVICE_TO_HOST); CHECK_RET(ret == ACL_SUCCESS, LOG_PRINT("copy result from device to host failed. ERROR: %d\n", ret); return ret); for (int64_t i = 0; i < size; i++) { LOG_PRINT("result[%ld] is: %f\n", i, resultData[i]); } // 6. 释放aclTensor和aclScalar，需要根据具体API的接口定义修改 aclDestroyTensor(input); aclDestroyTensor(target); aclDestroyTensor(weight); aclDestroyTensor(posWeight); aclDestroyTensor(out); // 7. 释放device资源，需要根据具体API的接口定义修改 aclrtFree(inputDeviceAddr); aclrtFree(targetDeviceAddr); aclrtFree(weightDeviceAddr); aclrtFree(posWeightDeviceAddr); aclrtFree(outDeviceAddr); if (workspaceSize > 0) { aclrtFree(workspaceAddr); } aclrtDestroyStream(stream); aclrtResetDevice(deviceId); aclFinalize(); return 0; }

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