DeepSeek開源第三彈：V3/R1訓練推理關鍵秘籍，核心代碼僅300行

十三 2025-02-26 10:40:49 來源：量子位

金磊 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

開源周的第三天，DeepSeek把訓練推理V3/R1背后的“動力”給亮出來了——

DeepGEMM：一個FP8 GEMM（通用矩陣乘法）庫，支持密集（dense）和混合專家（MoE）矩陣乘法運算。

我們先來簡單了解一下GEMM。

GEMM，即通用矩陣乘法，是線性代數(shù)中的基本運算，是科學計算、機器學習、深度學習等領域中“?？汀保彩窃S多高性能計算任務的核心。

但由于它的計算量往往都比較大，所以GEMM的性能優(yōu)化是至關重要的一點。

而DeepSeek這次開源的DeepGEMM，依舊是保持了“高性能+低成本”的特性，亮點如下：

• 高性能：在Hopper架構的GPU上，DeepGEMM能夠實現(xiàn)高達1350+FP8 TFLOPS的性能。
• 簡潔性：核心邏輯僅約 300 行代碼，但性能卻優(yōu)于專家調優(yōu)的內核。
• 即時編譯（JIT）：采用完全即時編譯的方式，這意味著它可以在運行時動態(tài)生成優(yōu)化的代碼，從而適應不同的硬件和矩陣大小。
• 無重依賴：這個庫設計得非常輕量級，沒有復雜的依賴關系，可以讓部署和使用變得簡單。
• 支持多種矩陣布局：支持密集矩陣布局和兩種 MoE 布局，這使得它能夠適應不同的應用場景，包括但不限于深度學習中的混合專家模型。

簡單來說，DeepGEMM主要用于加速深度學習中的矩陣運算，特別是在大規(guī)模模型訓練和推理中，它特別適用于需要高效計算資源的場景，能夠顯著提升計算效率。

很多網(wǎng)友們對這次的開源都比較“買單”，有人將DeepGEMM比作數(shù)學界的超級英雄，認為它比飛快的計算器還要快，比多項式方程還要強大。

也有人將DeepGEMM的發(fā)布比喻為量子態(tài)穩(wěn)定到一個新的現(xiàn)實，稱贊其即時編譯的干凈利落。

當然……也有人開始擔心起自己手上的英偉達股票了……

深入了解DeepGEMM

DeepGEMM是一個專門為實現(xiàn)簡潔高效的FP8通用矩陣乘法（GEMMs）而打造的庫，它還具備細粒度縮放功能，這一設計源于DeepSeek V3。

它既能處理普通的通用矩陣乘法，也能支持MoE分組的通用矩陣乘法。

這個庫是用CUDA編寫的，安裝的時候不需要編譯，因為它會在運行時通過一個輕量級的即時編譯（JIT）模塊來編譯所有的內核程序。

目前，DeepGEMM只支持英偉達的Hopper張量核心。

為了解決FP8張量核心在計算累積時不夠精確的問題，它采用了CUDA核心的兩級累積（提升）方法。

雖然DeepGEMM借鑒了CUTLASS和CuTe里的一些理念，但并沒有過度依賴它們的模板或代數(shù)運算。

相反，這個庫設計得很簡潔，只有一個核心內核函數(shù)，代碼量大概300行左右。

這使得它成為一個簡潔易懂的資源，方便大家學習Hopper架構下的FP8矩陣乘法和優(yōu)化技術。

盡管其設計輕巧，但DeepGEMM的性能可以匹配或超過各種矩陣形狀的專家調優(yōu)庫。

那么具體性能如何呢？

團隊在H800上使用NVCC 12.8測試了DeepSeek-V3/R1推理中可能使用的所有形狀（包括預填充和解碼，但沒有張量并行）。

下面這張圖展示的是用于密集模型的普通DeepGEMM的性能：

從測試結果來看，DeepGEMM計算性能最高可達1358 TFLOPS，內存寬帶最高可達2668 GB/s。

加速比方面，與基于CUTLASS 3.6的優(yōu)化實現(xiàn)相比，最高可達2.7倍。

再來看下DeepGEMM支持MoE模型的連續(xù)布局（contiguous layout）的性能：

以及支持MoE模型掩碼布局（masked layout）的性能是這樣的：

如何使用？

要想使用DeepGEMM，需先注意一下幾個依賴項，包括：

• 必須支持Hopper架構的GPU，sm_90a。
• Python 3.8及以上。
• CUDA 12.3及以上（推薦12.8）。
• PyTorch 2.1及以上。
• CUTLASS 3.6及以上

Development代碼如下：

# Submodule must be cloned
git clone --recursive git@github.com:deepseek-ai/DeepGEMM.git


# Make symbolic links for third-party (CUTLASS and CuTe) include directories
python setup.py develop


# Test JIT compilation
python tests/test_jit.py


# Test all GEMM implements (normal, contiguous-grouped and masked-grouped)
python tests/test_core.py

安裝代碼如下：

python setup.py install

在上述步驟之后，您的Python項目中導入deep_gemm即可。

在接口方面，對于普通的DeepGEMM，可調用deep_gemm.gemm_fp8_fp8_bf16_nt函數(shù)，支持NT格式（非轉置LHS和轉置RHS）。

對于分組的DeepGEMM，連續(xù)布局情況下是m_grouped_gemm_fp8_fp8_bf16_nt_contiguous；掩碼布局情況下是m_grouped_gemm_fp8_fp8_bf16_nt_masked。

DeepGEMM還提供設置最大SM數(shù)量、獲取TMA對齊大小等工具函數(shù)；支持環(huán)境變量，如DG_NVCC_COMPILER、DG_JIT_DEBUG等。

除此之外，DeepSeek團隊還提供了幾種優(yōu)化的方式，包括：

• JIT設計：所有內核在運行時編譯，無需安裝時編譯；支持動態(tài)選擇最優(yōu)塊大小和流水線階段。
• 細粒度縮放：通過CUDA核心兩層累加解決FP8精度問題；支持非2的冪次方塊大小，優(yōu)化SM利用率。
• FFMA SASS交錯：通過修改SASS指令的yield和reuse位，提高性能。

感興趣的小伙伴可以戳文末GitHub鏈接查看詳情哦~

One More Thing

英偉達這幾天的股票……嗯……一直再跌：

不過在北京時間27日凌晨，英偉達2025財年第四季度業(yè)績報告也即將出爐，我們可以期待一下它的表現(xiàn)~

DeepGEMM GitHub入口：
https://github.com/deepseek-ai/DeepGEMM