MNN CPU 后端 Skill(入口)
触发条件:CPU 上的性能优化或 kernel 开发,ARM / x86_64 / RISC-V 均适用。
本文件只做分流,不承载技术内容。先选分支,再进对应入口。 唯一的例外是下面「三侧不同构对照表」——那张表全树只有这一份,其他文档一律引用它、不许再抄。
第一步:先分清你的问题属于哪一类
| 你的问题 | 去哪 |
|---|---|
| 慢,还不知道原因,也不知道该改哪个文件 | optimize/SKILL.md → 从它的 diagnose-and-route.md 开始 |
| 要和别的推理框架比性能,或对手框架里找不到 MNN 融合算子的对应物 | optimize/diagnose-and-route.md §二(op 对 op、口径对齐、融合算子拆解) |
| 已有性能数据、已定位到某个 kernel,要动 SIMD / 汇编 / pack / 派发表 | kernel/SKILL.md |
| 「我到底跑在哪条 ISA 路径上」「为什么退到慢路径」 | optimize/arch/arm.md / optimize/arch/x86_64.md / optimize/arch/riscv.md |
| kernel 写完了,要决定跑哪些组合才算「过」 | kernel/correctness-gate.md |
| 结果不对,且出现在做完 CPU 性能改动之后,稳定地错在某一档 | optimize/bugfix.md |
| 结果不对,但同一输入每次跑都不一样 | general-debug/nondeterminism.md(§9 未初始化内存 / §10 多线程非确定) |
| 要跑构建 / 测试 / benchmark,或查某个开关的语义 | shared/build-test-and-benchmark.md / shared/env-registry.md |
| 这个算子 MNN 里还没有(缺 schema / shape / geometry) | add-new-op |
| RISC-V / RVV / SpacemiT IME2 厂商矩阵扩展 | 诊断 optimize/arch/riscv.md;实现 kernel/arch/riscv.md |
| 要在 RISC-V 开发板上编译 / 跑正确性 / 跑性能 | shared/riscv-remote-validation.md |
| 要跑 CI / 加测试阶段 / 真机 benchmark | test-ci |
最常见的走错:性能数据还没有就直接进 kernel/ 手写 kernel。手写 kernel 是最贵的一层,
先在 optimize/ 侧过投入决策门——已经跑到 82% roofline 的 kernel 再写一版汇编是白干。
目录结构
skills/cpu/
├── SKILL.md ← 本文件,只分流
├── optimize/ 分支一:为什么慢,该改哪一层
│ ├── SKILL.md 分支入口
│ ├── diagnose-and-route.md bound 类型判定与路由(慢的第一站)
│ ├── runtime-and-scheduling.md L1/L2:线程数、ThreadPool、tiling、划分
│ ├── layout-and-memory.md L3:pack 格式、weight reorder、peak RSS
│ ├── bugfix.md 跨层交界处的正确性坑
│ └── arch/{arm,x86_64,riscv}.md L4 诊断面:我在哪条路径上 + 事故台账
├── kernel/ 分支二:这条 kernel 怎么写对,怎么被选中
│ ├── SKILL.md 分支入口(含四级实现阶梯与退出条件)
│ ├── pack-and-abi.md tile / cell stride / 后处理 ABI 契约
│ ├── dispatch-and-register.md 函数表注册、二级表安全写法、快照时序
│ ├── correctness-gate.md 跨 ISA × 精度 × 线程 × tail 的门禁
│ └── arch/{arm,x86_64,riscv}.md 实现面:目录命名、指令编码、寄存器分区
└── shared/ 两个分支共用的工具层
├── build-test-and-benchmark.md 构建开关、run_test.out、llm_demo/llm_bench、跑分纪律
├── riscv-remote-validation.md RISC-V 开发板:远端构建矩阵、板端正确性与性能实验
└── env-registry.md env / 编译宏 / backend flag / constexpr 四种机制
三个一级目录各自只有一种「东西」:optimize/ 是诊断,kernel/ 是实现,shared/ 是工具。
架构维度不构成一级目录,它是每个分支内部的 arch/ 子层——因为「ARM 的什么事」取决于你在诊断还是在实现,
这两件事的内容完全不同(诊断面只讲路径与自证,实现面只讲怎么写对)。
两处结构约定,不要去「改齐」:
optimize/arch/与kernel/arch/各有三份、一一对应(arm / x86_64 / riscv)。 同一架构在两侧的内容完全不同:诊断面只讲路径与自证,实现面只讲怎么写对。 新增一个架构要么两侧都加,要么明确说明为什么只有一侧。shared/下只有工具,没有事实层。ISA 路径事实归optimize/arch/(诊断视角), 注册与 ABI 事实归kernel/。riscv-remote-validation.md放在这里是因为它讲的是 怎么跑(远端构建矩阵、板端实验纪律),不是 RISC-V 的技术事实。 曾经放在顶层的arm.md/x86_64.md是分支拆分前的遗留,已按视角一分为二。
两个分支的分界线
| 分支 | 回答的问题 | 独占内容 |
|---|---|---|
optimize/ |
为什么慢,该改哪一层 | bound 类型判定与路由、L1/L2 线程与调度、L3 布局与 peak RSS、跨层不一致 bugfix、两侧派发路径诊断面与事故台账 |
kernel/ |
这条 kernel 怎么写对,怎么被选中 | 实现阶梯、pack/ABI 契约、派发表注册与二级表安全写法、跨 ISA × 精度正确性门禁、三份 ISA 实现参考 |
分界线是**「诊断 vs 实现」**,不是「性能 vs 正确性」:两个分支都要过正确性门禁, 但「运行时到底选了哪条路、为什么退到慢路径」属于诊断,「怎样正确注册使它能被选中」属于实现。
正确性内容按第二条轴分:事前门禁 vs 事后定位。 这条轴与「诊断 vs 实现」正交, 所以正确性文档在两个分支下各有一份,那不是重复:
| 你在做什么 | 去哪 | 它的产出 |
|---|---|---|
| kernel 写完了,要决定跑哪些组合才算「过」 | kernel/correctness-gate.md |
必测矩阵(六条会切换代码路径的轴)+ 两条判定标准 |
| 已经错了,要从「哪一档错」倒推到哪一层 | optimize/bugfix.md |
六类跨层不一致的机制、真实提交证据、预检清单 |
两份的症状表也按这条轴分工:交付前的静默失败症状在 correctness-gate.md §三,
事后的跨层症状路由在 bugfix.md §一。同一症状允许在两处各出现一行,
但必测取值只写在门禁里,机制与预检只写在 bugfix 里——不要在另一处复述。
同一个事实经常两侧都要提,规则是:诊断面只写「怎么看出来」,实现面只写「怎么写对」。
例如 Int8GemmKernelFast——「它为什么被选中」的判据写在 kernel/arch/,
「我这次到底选中了谁」的自证方法写在 optimize/arch/。
五层模型(两个分支共用的坐标系)
L1 Runtime 线程 / L2 Executor 调度 / L3 Layout 内存 / L4 Dispatch 函数表 / L5 Kernel ISA,
每层管什么、典型改动是什么、去哪份文档(含 L4/L5 的诊断面与实现面两个去处),见
optimize/diagnose-and-route.md §三——那张表全树唯一一份,本文不复述。
跨层交界处(L2↔L3 的 stride、L3↔L4 的 pack 与 tile、L4↔L5 的 ABI)是最贵的坑集中地,
症状多为「不崩、不报错、结果只是略差」,统一收在 optimize/bugfix.md。
三侧不同构对照表(全树唯一一份)
不要把一侧的心智模型套到另一侧。 三侧不是同一个结构换了指令名,是五处根本不同:
| 维度 | ARM | x86_64 | RISC-V |
|---|---|---|---|
| 第二张函数表按什么分 | 精度:fp16 是另一张表 + 另一个 Backend(Arm82Functions / Arm82Backend),fp32 留在基表 |
ISA:SSE 直接打进基表,AVX2/AVX512 才是另一张表 + 另一个 Backend(AVX2Functions / AVX2Backend) |
没有第二张表,也没有第二个 Backend:RVV 与 vendor 都在基表上逐字段覆盖 |
| 二级表怎么构造 | arm82 是逐字段赋值(约 120 条),漏字段 → nullptr 或不确定值 → 崩溃/乱码/随构建抖动 |
new 后整体拷贝基表再打补丁,漏字段 → 继承 SSE 实现 → 慢但对 |
就地覆盖基表字段,漏字段 → 保留标量实现 → 慢但对 |
Precision_Low 语义 |
真 fp16:bytes=2、pack=8,是一条独立路径 |
不是 fp16,bytes 仍为 4;而且被 AVX2Backend 构造函数写死,用户请求的精度无效 → precision 轴在 x86_64 上是死的 |
没有 RVV fp16 路径,precision 轴不切换函数表 |
| ISA 档之间怎么做 A/B | MNN_CPU_TARGET 降档(需 -DMNN_PIPELINE_PROFILE=ON),clamp 0..3 |
同左,clamp 0..4 | 只能用两个独立 build 目录:MNN_RVV_SPACEMIT_IME2 ON/OFF 两个注册 TU 定义同名符号,是构建期互斥,没有运行时开关 |
MNN_CPU_USE_DEFAULT_BACKEND |
不影响 fp16(fp16 分支在它之前) | 静默绕过整条 AVX2/AVX512,pack 从 8/16 掉回 4 | 不改路径(它后面没有第二个 Backend),只是跳过多线程初始化 |
推论,三侧都常被踩:
- 「结果错」在 ARM 上要先怀疑表(漏字段);在 x86_64 与 RISC-V 上几乎不可能是表的问题 (最坏也只是退回慢实现),去查 pack/ABI 与 kernel 门禁。
- A/B 精度扫描在 x86_64 上不是两条路——两次跑的是同一条。x86_64 上做 ISA A/B 只能靠
MNN_CPU_TARGET降档,而它默认构建下是彻底空操作(getenv与能力位屏蔽整段都被#ifdef MNN_PIPELINE_PROFILE包住),必须-DMNN_PIPELINE_PROFILE=ON重建。 - RISC-V 上「同一个二进制里翻开关做 A/B」这条路不存在,别去找 env;
也别在同一个 build 目录里改
MNN_RVV_SPACEMIT_IME2后增量构建就比性能。
坐标与自证方法分别在 optimize/arch/arm.md §二/§三、
optimize/arch/x86_64.md §二/§三 与
optimize/arch/riscv.md §二/§三;注册面的安全写法在
kernel/dispatch-and-register.md §三。
命名约定
| 场合 | 写什么 |
|---|---|
| 平台 / ISA 术语(正文、结论、commit message) | x86_64、AArch64、RISC-V、RVV |
| 目录名、宏名、CMake 选项名(引用时保持字面) | source/backend/cpu/x86_x64/、cpu/arm/arm64/、cpu/riscv/rvv/、MNN_USE_SSE、MNN_AVX2、MNN_AVX512、MNN_AVX512_VNNI、MNN_X86_USE_ASM、MNN_USE_ARMV82、MNN_SME2、MNN_USE_RVV、MNN_RVV_SPACEMIT_IME2、MNN_RVV_MARCH |
x86_x64、arm64、riscv 是仓库里的既有目录名,不要"修正"它们;反过来也不要在正文里写 x86_x64 或 riscv 当术语。
三条共用的前置纪律
- 先确认路径,再谈性能。 CPU 后端有多张函数表、多条 ISA 路径、多重构建门,走错路径不报错。 「编进来了没有」与「运行时选不选」是两个独立维度,任何性能结论必须同时报这两组。
- 先正确,再加速。 任何改动都要有可复现的正确性门禁;LLM 低 bit kernel 还要做模型级 sanity, 不能只靠 op 单测(op 单测的形状分布系统性漏掉 decode 路径)。
- 数字必须带维度标签。 收益不随线程数 / shape / 精度 / ISA 外推,甚至会反号。 没有标签的性能数字不可复现,等于没有。
复盘
非平凡任务结束后,如果产生了可复用的教训,走 retrospective:
结论上提到对应的层文档或 optimize/bugfix.md,实验过程与原始数字不进本仓。