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LinearAlgebra.mul! with Matrix{Dual} does not dispatch to BLAS

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Valutazione

Difficoltà
4/5
Tempo stimato
3-5 giorni
Idoneità per principianti
52/100
Tipo di issue
Bug
Chiarezza
Abbastanza chiara
Stato di attività
Attiva
Stack tecnologico
julia
Ambito
performance

Direzione di ricerca

Start by running the provided Julia reproducer and inspecting the 3- and 5-argument LinearAlgebra.mul! paths for Matrix{Dual}. The work is done when GEMM cases involving Dual matrices use BLAS-backed operations where applicable and retain the correctness shown by the final comparison.

Scritto dal modello di indicizzazione a partire dal testo della issue.

Descrizione

I have noticed that GEMM of matrices involving Dual numbers are not dispatched to BLAS, which significantly impacts performance. This happens with 3- and 5-arguments versions of LinearAlgebra.mul!. Generally, any GEMM of matrices resulting in a Matrix{<:Dual} is impacted, e.g. mul!(C, A, B) will be slow if A isa Matrix{<:Dual} and B isa Matrix{Float64}.

This is illustrated in the reproducer below for the 3-argument method. To speed things up, matrices are split into values and partials, and all the cross terms explicitly calculated. These are dispatched to BLAS because values and partials are Matrix{<:BlasFloat}. On my machine, I get ~30x speedup for this example. The exact number varies with matrix size and number of partials, but the workaround is systematically faster.

sing ForwardDiff                                                                                    
using LinearAlgebra                                                                                  
                                                                                                     
# Build random Dual-valued matrices.                                                                 
function random_dual_matrix(m, n, N)                                                                 
    [ForwardDiff.Dual(rand(), ntuple(_ -> rand(), N)) for _ in 1:m, _ in 1:n]                        
end                                                                                                  
                                                                                                     
# BLAS-capable baseline for Dual matrices: split into value and each partial,                        
# call ordinary BLAS-backed mul! on the plain arrays, and reassemble the result.                     
function mul_dual_blas!(C, A, B)                                                                     
    N = ForwardDiff.npartials(eltype(A))                                                             
    A_val = ForwardDiff.value.(A)                                                                    
    B_val = ForwardDiff.value.(B)                                                                    
    A_parts = ntuple(i -> ForwardDiff.partials.(A, i), N)                                            
    B_parts = ntuple(i -> ForwardDiff.partials.(B, i), N)                                            
                                                                                                     
    C_val = ForwardDiff.value.(C)                                                                    
    C_parts = ntuple(i -> ForwardDiff.partials.(C, i), N)                                            
                                                                                                     
    mul!(C_val, A_val, B_val)  # BLAS for values                                                     
                                                                                                     
    for i in 1:N                                                                                     
        # ∂C_i = ∂A_i * B + A * ∂B_i                                                                 
        mul!(C_parts[i], A_parts[i], B_val)                                                          
        mul!(C_parts[i], A_val, B_parts[i], true, true)                                              
    end                                                                                              
                                                                                                     
    # Reconstruct C from value and partials.                                                         
    for j in 1:size(C, 2), i in 1:size(C, 1)                                                         
        C[i, j] = ForwardDiff.Dual(                                                                  
            C_val[i, j],                                                                             
            ForwardDiff.Partials(ntuple(l -> C_parts[l][i, j], N))                                   
        )                                                                                            
    end                                                                                              
    C                                                                                                
end                                                                                                  
                                                                                                     
N_partials = 3                                                                                       
m, n, k = 500, 400, 300                                                                              
                                                                                                     
A = random_dual_matrix(m, k, N_partials)                                                             
B = random_dual_matrix(k, n, N_partials)                                                             
C_generic = similar(A, m, n)                                                                         
C_blas = similar(A, m, n)                                                                            
                                                                                                     
# Warm up both paths before timing.                                                                  
mul!(C_generic, A, B)                                                                                
mul!(C_generic, A, B)                                                                                
mul_dual_blas!(C_blas, A, B)                                                                         
mul_dual_blas!(C_blas, A, B)                                                                         
                                                                                                     
# Time generic 3-arg mul!.                                                                           
println("Timing generic 3-arg mul! with Matrix{Dual}...")                                            
t_generic = minimum(@elapsed mul!(C_generic, A, B) for _ in 1:5)                                     
                                                                                                     
# Time BLAS-based baseline.                                                                          
println("Timing BLAS-based baseline...")                                                             
t_blas = minimum(@elapsed mul_dual_blas!(C_blas, A, B) for _ in 1:5)

println()                                                                                            
println("Generic mul! : $(round(t_generic; digits=4)) s")                                            
println("BLAS baseline: $(round(t_blas; digits=4)) s")                                               
println("Speedup      : $(round(t_generic / t_blas; digits=2))x")                                    
                                                                                                     
# Verify correctness.                                                                                
mul!(C_generic, A, B)                                                                                
mul_dual_blas!(C_blas, A, B)                                                                         
@assert C_generic ≈ C_blas                                                                           
println()                                                                                            
println("Results match.")
Lingua principale
Julia
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Questo progetto non fornisce container di sviluppo, Dockerfile né guida per i contributori, quindi l'ambiente è a tuo carico: parti dal suo README e consulta la nostra guida al primo contributo per i passaggi generali.

Come iniziare

  1. Leggi tutta la issue e poi la guida ai contributi del progetto.
  2. Commenta sulla issue per dire che te ne occupi tu — evita che due persone facciano lo stesso lavoro.
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