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猫眼电影记者 郑永和 报道y85ouztigy6ysf5y
新智元报道
编辑:LRST
【新智元导读】通过完全启用并发多块执行,支持任意专家数量(MAX_EXPERT_NUMBER==256),并积极利用共享内存(5kB LDS)和寄存器(52 VGPRs,48 SGPRs),MoE Align & Sort逻辑被精心设计,实现了显著的性能提升:A100提升3倍,H200提升3倍,MI100提升10倍,MI300X/MI300A提升7倍...
MoE(Mixture of Experts)模型模仿了人脑的低功耗运作模式:功能被划分为多个独立的部分,在思考时通过自适应路由部分激活,从而提高计算效率。
牛津大学研究论文中的人脑皮层示意图,来源于互联网
首个可在CUDA真正可行的版本是Switch Transformer[1],随后通过循环利用(Up Cycling)稠密模型Mistral[2]进一步优化了该设计。
SwitchTransformer-MoE
随后,DeepSeek V2/V3/R1[3][4][5]通过引入共享专家[3]和门控偏差(gating bias)[4][5]进一步改进了MoE,最终实现了无辅助损失(auxiliary loss free)的MoE模型 [4][5]。这一优化本质上归因于一个关键事实:当使用共享专家(DeepSeek团队选择的值为1)时,可以通过在较大的专家池(256个上施加偏差分数的惩罚,从而缓解专家路由的不均衡问题[11]。
MoE层本质上是由多个专家前馈网络(FFN)组成的层,其中包含门控函数(gating functions),用于根据Top-K门控分数(DeepSeek V3/R1中引入偏差)进行激活路由,并在所选的FFN层上通过Group GEMM计算logits。
该功能在很大程度上依赖于基数排序(radix sort)逻辑。借助MoE Align & Sort,机器学习研究人员和实践者可以按照专家ID对tokens进行排序。
在某些应用中,例如TransformerEngine[6][7],该操作最初是通过已废弃的cub::DeviceRadixSort实现的,而增加的permute操作用于记录源(左)到目标(右)的映射,其梯度操作为unpermute。
MoE Permute示例
尽管cub::DeviceRadixSort大量使用共享内存,相比于基于__shfl_xor_sync(仅使用线程本地内存)的实现略慢,但它不支持对齐排序(alignment sorting)。
对齐排序对于Group GEMM的效率至关重要,因为它允许专家以块(block 为单位处理tokens。
SGLang 中的MoE Align & Sort算法采用了对齐排序,但在支持多达256个专家的大规模prefill操作时效率并不理想。该问题已在issue#2732中被确认。
目前的实现将MoE Align & Sort拆分为两个kernel启动(kernel launches):
对齐(alignment):在单个block内执行传统基数排序算法对齐后的偏移计算(alignment-based offsets computation);
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