FasterTransformer
FasterTransformer 是 NVIDIA 推出的一款高性能推理加速库,专为优化基于 Transformer 架构的模型(如 BERT、GPT 等)而设计。它通过深度定制 CUDA 内核,充分利用 GPU 的 Tensor Core 算力,显著提升了自然语言处理中编码器与解码器的推理速度,有效解决了大模型在实际部署中延迟高、吞吐量低的痛点。
该工具主要面向 AI 开发者、算法工程师及研究人员,特别是那些需要在 TensorFlow、PyTorch 或 Triton 后端中集成高效推理能力的团队。FasterTransformer 支持多种精度格式(包括 FP16、INT8 及稀疏化计算),并具备张量并行与流水线并行能力,能够灵活适配从 Volta 到 Hopper 等多代 NVIDIA GPU 架构。
值得注意的是,目前 FasterTransformer 的核心开发已迁移至新一代项目 TensorRT-LLM,建议新用户优先关注后者以获取最新的大语言模型推理优化特性。不过,FasterTransformer 依然是一个成熟稳定的选择,尤其适合需要在现有框架中快速落地高精度、低延迟 NLP 应用的场景。
使用场景
某大型电商平台的智能客服团队正在部署基于 BERT 模型的实时意图识别系统,以应对大促期间每秒数万次的用户咨询请求。
没有 FasterTransformer 时
- 响应延迟高:原生 PyTorch 实现的 BERT 模型在 GPU 上推理耗时较长,平均响应时间超过 80 毫秒,导致用户感觉对话有明顯卡顿。
- 硬件资源浪费:无法自动调用 NVIDIA GPU 特有的 Tensor Core 进行 FP16 混合精度加速,算力利用率低,需增加大量显卡才能维持并发量。
- 扩容成本高昂:为了支撑高峰流量,不得不采购更多服务器,且因单卡吞吐量低,集群规模庞大,运维复杂度急剧上升。
- 集成难度大:缺乏针对 TensorFlow 或 Triton 后端的高度优化算子,自行编写 CUDA 内核进行加速不仅开发周期长,还容易引入稳定性风险。
使用 FasterTransformer 后
- 延迟显著降低:通过高度优化的 Transformer 层和自动启用 Tensor Core,FP16 精度下推理延迟降至 20 毫秒以内,实现丝滑的实时交互体验。
- 吞吐量翻倍:充分利用 cuBLASLt 等底层库优势,单卡并发处理能力大幅提升,在相同硬件配置下可处理的请求量增长 3-4 倍。
- 基础设施降本:凭借更高的计算密度,所需服务器数量减少 60% 以上,直接降低了硬件采购成本和机房电力消耗。
- 无缝框架集成:直接通过提供的 API 将优化后的算子嵌入现有的 PyTorch 或 Triton 流程中,无需重写业务代码,一周内即可完成上线切换。
FasterTransformer 通过深度挖掘 GPU 硬件潜能,将昂贵的 Transformer 推理任务转化为低成本、低延迟的生产力工具。
运行环境要求
- Linux
- 必需 NVIDIA GPU
- 支持 Volta (如 V100), Turing (如 T4), Ampere (如 A100), Hopper 架构
- 在 FP16 精度下自动利用 Tensor Cores
- 示例硬件包括 8xA100-80GB 和 T4
未说明

快速开始
注意:FasterTransformer 的开发已迁移至 TensorRT-LLM。我们鼓励所有开发者使用 TensorRT-LLM 来获得 LLM 推理方面的最新改进。NVIDIA/FasterTransformer 仓库将继续保留,但将不再进行进一步开发。
FasterTransformer
本仓库提供用于运行高度优化的基于 Transformer 的编码器和解码器组件的脚本和配方,并由 NVIDIA 进行测试和维护。
目录
模型概述
在自然语言处理领域,编码器和解码器是两个重要的组成部分,而 Transformer 层已成为这两种组件中非常流行的一种架构。FasterTransformer 为推理任务实现了高度优化的 Transformer 编码器和解码器层。在 Volta、Turing 和 Ampere 架构的 GPU 上,当数据和权重的精度为 FP16 时,Tensor Core 的计算能力会自动被利用。
FasterTransformer 基于 CUDA、cuBLAS、cuBLASLt 和 C++ 构建。我们提供了至少一种以下框架的 API:TensorFlow、PyTorch 和 Triton 后端。用户可以直接将 FasterTransformer 集成到这些框架中。对于支持的框架,我们还提供了示例代码来演示如何使用,并展示其在这些框架上的性能。
支持矩阵
| 模型 | 框架 | FP16 | INT8(Turing之后) | 稀疏化(Ampere之后) | 张量并行 | 流水线并行 | FP8(Hopper之后) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BERT | TensorFlow | 是 | 是 | - | - | - | - |
| BERT | PyTorch | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | - |
| BERT | Triton后端 | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| BERT | C++ | 是 | 是 | - | - | - | 是 |
| XLNet | C++ | 是 | - | - | - | - | - |
| Encoder | TensorFlow | 是 | 是 | - | - | - | - |
| Encoder | PyTorch | 是 | 是 | 是 | - | - | - |
| Decoder | TensorFlow | 是 | - | - | - | - | - |
| Decoder | PyTorch | 是 | - | - | - | - | - |
| Decoding | TensorFlow | 是 | - | - | - | - | - |
| Decoding | PyTorch | 是 | - | - | - | - | - |
| GPT | TensorFlow | 是 | - | - | - | - | - |
| GPT/OPT | PyTorch | 是 | - | - | 是 | 是 | 是 |
| GPT/OPT | Triton后端 | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| GPT-MoE | PyTorch | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| BLOOM | PyTorch | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| BLOOM | Triton后端 | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| GPT-J | Triton后端 | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| Longformer | PyTorch | 是 | - | - | - | - | - |
| T5/UL2 | PyTorch | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| T5 | TensorFlow 2 | 是 | - | - | - | - | - |
| T5/UL2 | Triton后端 | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| T5 | TensorRT | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| T5-MoE | PyTorch | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| Swin Transformer | PyTorch | 是 | 是 | - | - | - | - |
| Swin Transformer | TensorRT | 是 | 是 | - | - | - | - |
| ViT | PyTorch | 是 | 是 | - | - | - | - |
| ViT | TensorRT | 是 | 是 | - | - | - | - |
| GPT-NeoX | PyTorch | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| GPT-NeoX | Triton后端 | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| BART/mBART | PyTorch | 是 | - | - | 是 | 是 | - |
| WeNet | C++ | 是 | - | - | - | - | - |
| DeBERTa | TensorFlow 2 | 是 | - | - | 进行中 | 进行中 | - |
| DeBERTa | PyTorch | 是 | - | - | 进行中 | 进行中 | - |
- 注意:FasterTransformer 在 C++ 上支持上述模型,因为所有源代码都是基于 C++ 构建的。
有关具体模型的更多详细信息,请参阅 docs/ 中的 xxx_guide.md 文件,其中 xxx 表示模型名称。一些常见问题及其解答已收录在 docs/QAList.md 中。请注意,Encoder 和 BERT 的模型较为相似,因此我们将相关说明合并到了 bert_guide.md 中。
高级
以下代码列出了 FasterTransformer 的目录结构:
/src/fastertransformer: FasterTransformer 的源代码
|--/cutlass_extensions: Cutlass GEMM/内核的实现。
|--/kernels: 用于不同模型/层和操作的 CUDA 内核,例如 addBiasResiual。
|--/layers: 层模块的实现,如注意力层、FFN 层。
|--/models: 不同模型的实现,如 BERT、GPT。
|--/tensorrt_plugin: 将 FasterTransformer 封装为 TensorRT 插件。
|--/tf_op: 自定义 TensorFlow OP 实现
|--/th_op: 自定义 PyTorch OP 实现
|--/triton_backend: 自定义 Triton 后端实现
|--/utils: 包含常用的 CUDA 工具,如 cublasMMWrapper、memory_utils
/examples: C++、TensorFlow 和 PyTorch 接口示例
|--/cpp: C++ 接口示例
|--/pytorch: PyTorch OP 示例
|--/tensorflow: TensorFlow OP 示例
|--/tensorrt: TensorRT 示例
/docs: 解释不同模型实现细节并展示基准测试结果的文档
/benchmark: 包含运行不同模型基准测试的脚本
/tests: 单元测试
/templates: 解释如何将新模型/示例添加到 FasterTransformer 仓库的文档
请注意,许多文件夹包含多个子文件夹,用于划分不同的模型。量化工具已移至 examples 目录下,例如 examples/tensorflow/bert/bert-quantization/ 和 examples/pytorch/bert/bert-quantization-sparsity/。
全局环境
FasterTransformer 提供了一些方便的环境变量,用于调试和测试。
FT_LOG_LEVEL: 此环境变量控制调试消息的日志级别。更多详细信息请参阅src/fastertransformer/utils/logger.h。请注意,当日志级别低于DEBUG时,程序会打印大量信息,从而导致程序运行速度显著变慢。FT_NVTX: 如果将其设置为ON,例如FT_NVTX=ON ./bin/gpt_example,程序将插入 nvtx 标签,以帮助对程序进行性能分析。FT_DEBUG_LEVEL: 如果将其设置为DEBUG,则程序将在每个内核执行后调用cudaDeviceSynchronize()。否则,默认情况下内核是异步执行的。这有助于在调试过程中定位错误点。但此标志会显著影响程序性能,因此应仅在调试时使用。
性能
硬件配置:
- 8xA100-80GB(mclk 1593MHz,pclk 1410MHz),搭配 AMD EPYC 7742 64 核处理器
- T4(mclk 5000MHz,pclk 1590MHz),搭配 Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2670 0 @ 2.60GHz
为了运行以下基准测试,我们需要安装 Unix 计算工具 "bc",命令如下:
apt-get install bc
BERT 基础性能
TensorFlow 的 FP16 结果通过运行 benchmarks/bert/tf_benchmark.sh 获得。
TensorFlow 的 INT8 结果通过运行 benchmarks/bert/tf_int8_benchmark.sh 获得。
PyTorch 的 FP16 结果通过运行 benchmarks/bert/pyt_benchmark.sh 获得。
PyTorch 的 INT8 结果通过运行 benchmarks/bert/pyt_int8_benchmark.sh 获得。
更多基准测试结果请参阅 docs/bert_guide.md。
FasterTransformer 新功能的 BERT 基础性能
下图比较了 T4 上 FP16 条件下,FasterTransformer 不同功能与原版 FasterTransformer 的性能。
对于较大的批次大小和序列长度,EFF-FT 和 FT-INT8-v2 都带来了约 2 倍的加速。同时使用 Effective FasterTransformer 和 int8v2 可以使大型任务的加速比达到原版 FasterTransformer FP16 的 3.5 倍。

BERT 基础性能(TensorFlow)
下图比较了 T4 上 FP16 条件下,FasterTransformer 不同功能与 TensorFlow XLA 的性能。
对于较小的批次大小和序列长度,使用 FasterTransformer 可以带来约 3 倍的加速。
对于较大的批次大小和序列长度,使用 Effective FasterTransformer 并结合 INT8-v2 量化技术,可以带来约 5 倍的加速。

BERT 基础性能(PyTorch)
下图比较了 T4 上 FP16 条件下,FasterTransformer 不同功能与 PyTorch TorchScript 的性能。
对于较小的批次大小和序列长度,使用 FasterTransformer CustomExt 可以带来约 4 到 6 倍的加速。
对于较大的批次大小和序列长度,使用 Effective FasterTransformer 并结合 INT8-v2 量化技术,可以带来约 5 倍的加速。

解码与解码器性能
TensorFlow 的结果通过运行 benchmarks/decoding/tf_decoding_beamsearch_benchmark.sh 和 benchmarks/decoding/tf_decoding_sampling_benchmark.sh 获得。
PyTorch 的结果通过运行 benchmarks/decoding/pyt_decoding_beamsearch_benchmark.sh 获得。
在解码实验中,我们更新了以下参数:
- head_num = 8
- size_per_head = 64
- num_layers = 6 对于编码器和解码器
- vocabulary_size = 32001 对于 TensorFlow 示例代码,31538 对于 PyTorch 示例代码
- memory_hidden_dim = 512
- max sequence length = 128
更多基准测试结果请参阅 docs/decoder_guide.md。
解码器及解码端到端翻译性能(TensorFlow)
下图展示了在 T4 上 FP16 条件下,FT-Decoder op 和 FT-Decoding op 相较于 TensorFlow 的加速效果。这里我们使用翻译测试集的吞吐量来避免不同方法的总 token 数可能不同。相比 TensorFlow,FT-Decoder 提供了 1.5 到 3 倍的加速;而 FT-Decoding 则提供了 4 到 18 倍的加速。

解码器及解码端到端翻译性能(PyTorch)
下图展示了在 T4 上 FP16 条件下,FT-Decoder op 和 FT-Decoding op 相较于 PyTorch 的加速效果。这里我们使用翻译测试集的吞吐量来避免不同方法的总 token 数可能不同。相比 PyTorch,FT-Decoder 提供了 1.2 到 3 倍的加速;而 FT-Decoding 则提供了 3.8 到 13 倍的加速。

GPT 性能
下图比较了 A100 上 FP16 条件下,Megatron 和 FasterTransformer 的性能。
在解码实验中,我们更新了以下参数:
- head_num = 96
- size_per_head = 128
- num_layers = 48 对于 GPT-89B 模型,96 对于 GPT-175B 模型
- data_type = FP16
- vocab_size = 51200
- top_p = 0.9
- tensor parallel size = 8
- input sequence length = 512
- output sequence length = 32

发行说明
更改日志
2023年5月
- 修复生成过程中的提前停止相关 bug
2023年1月
- 支持 GPT MoE 模型
- 支持 Bert 和 GPT 的 FP8 精度(实验性功能)
- 支持在 TensorFlow 2 和 PyTorch 上运行 DeBERTa 模型
2022年12月
- 发布 FasterTransformer 5.2 版本
- 支持最小长度惩罚机制
2022年11月
- 支持 T5 Tensorflow 2 自定义算子
- 支持 T5 MoE 模型
- 支持 WeNet 模型
- 支持 BART 和 mBART 模型
- 支持 SwinV2 模型
- 初步支持 GPT 模型的 w8a8 int8 运行模式(预览版)
- 支持 GPT 中的融合多头注意力机制
2022年10月
- 支持 BLOOM 模型
2022年9月
- 在 GPT 模型中支持事实采样(链接)
- 支持 T5 模型中的 IA3 适配方案
2022年8月
- 支持在 GPT 模型中返回上下文 token 的嵌入表示
- 发布 FasterTransformer 5.1 版本
- 支持交互式生成
- 支持注意力机制的有限内存功能
- 支持 mt5 和 t5-v1.1 模型
2022年7月
- 支持 UL2 Hugging Face 检查点(链接)
- 修复 T5 模型在 bfloat16 精度下的 bug
- 添加 ViT INT8 TensorRT 插件
- 支持批量采样
- 支持 GPT 模型中的共享上下文优化
2022年6月
- 支持 Triton 后端的流式生成
- 支持 OPT 模型
- 支持在 FP32、FP16 和 BF16 精度下进行多节点多 GPU 的 BERT 推理
2022年5月
- 支持大多数模型使用 bfloat16 精度
- 支持 GPT-J 模型的 前缀提示
- 支持 GPT-NeoX 模型
- 层归一化中使用的 epsilon 值现为可配置参数
- 引入 GPT-NeoX 风格的旋转位置编码(此前仅实现 GPT-J)
- 支持按 GPU 加载层归一化和偏置参数
- 支持从 EleutherAI 检查点转换权重
2022年4月
- 发布 FasterTransformer 5.0 版本
- 将所有矩阵乘法运算的默认累加类型更改为 FP32
- 支持 GPT 模型中的 bfloat16 推理
- 支持 Nemo Megatron T5 和 Megatron-LM T5 模型
- 支持 ViT 模型
2022年3月
- 支持 GPT-J 模型中的
stop_ids和ban_bad_ids - 支持 GPT-J、GPT 和 T5 模型中动态设置
start_id和end_id - 支持解码过程中动态调整输入
2022年2月
- 支持 Swin Transformer 模型
- 通过定向缓冲优化束搜索的 k/v 缓存更新
- 支持 GPT-J、T5 和 GPT 模型的运行时输入
- 支持 GPT 和 GPT-J 模型中的软提示
- 支持自定义 AllReduce 核心
- 限制:
- 仅支持 DGX-A100 上的张量并行规模为 8
- 仅支持使用 cudaMallocAsync 的 CUDA 版本
- 限制:
2021年12月
- 添加 T5 模型的 TensorRT 插件
- 将 GPT 模型的部分超参数改为运行时可查询
- 优化 C++ 代码中的内存分配器
- 修复 CUB 库的 bug,包括在使用 CUDA 11.5 或更高版本时的问题
2021年11月
- 更新 FasterTransformer 5.0 测试版
- 添加 GPT-3 INT8 权重量化支持,适用于批大小不超过 2 的场景
- 支持 T5 模型的多节点多 GPU 推理
- 增强 GPT-3 模型的多节点多 GPU 支持能力
2021年8月
- 发布 FasterTransformer 5.0 测试版
- 重构代码库和代码结构
- 特别感谢 NAVER 公司对本版本的大量贡献,具体如下:
- Bug 修复:
- 修复 GPT PyTorch 封装中 batch_size 小于 max_batch_size 时出现的错误
- 修复因重复使用内存分配器导致的每次前向传播时的内存泄漏问题
- 修复重复惩罚核函数中的竞态条件
- 功能增强:
- 添加随机种子设置
- 修复 GPT 在 FP16 精度下 GEMM 缓冲区溢出问题
- 更改完成缓冲区的失效策略,确保每次推理完成后及时释放
- 引入 stop_before 参数用于提前停止
- Bug 修复:
- 支持 Longformer 模型
- 将
layer_para重命名为pipeline_para - 优化 top p 采样的排序逻辑
- 支持 Ampere 架构 GPU 上 BERT 模型的稀疏化
- 支持 GPT 模型中 size_per_head 取值为 96、160、192、224、256
- 支持 GPT Triton 后端的多节点推理
2021年6月
- 支持 XLNet 模型
2021年4月
- 发布 FasterTransformer 4.0 版本
- 支持 GPT 模型在 C++ 和 PyTorch 下的多 GPU 多节点推理
- 支持 GPT 模型在 Triton 上的单节点多 GPU 推理
- 为 BERT 模型添加 INT8 融合多头注意力核
- 为 V100 显卡上的 BERT 模型添加 FP16 融合多头注意力核
- 优化解码器核函数
- 迁移到独立代码库
- 废弃 Eager 模式下的 PyTorch 扩展
2020年12月
- 发布 FasterTransformer 3.1 版本
- 通过添加已完成掩码来优化解码过程,避免无效计算
- 支持 OpenNMT 编码器
- 移除 TensorRT 插件支持
- 废弃 TorchScript 自定义算子
2020年11月
- 优化 INT8 推理流程
- 支持 PyTorch 的 INT8 推理
- 提供 PyTorch 的 INT8 量化工具
- 将 TensorRT 的融合多头注意力核集成到 FasterTransformer 中
- 添加 SQuAD 数据集的单元测试
- 更新缺失的 NGC 检查点
2020年9月
- 支持 GPT2 模型
- 发布 FasterTransformer 3.0 版本
- 支持 C++ 和 TensorFlow 算子的编码器 INT8 量化
- 添加 bert-tf-quantization 工具
- 修复 CMake 15 或 CMake 16 无法构建该项目的问题
2020年8月
- 修复 trt 插件的 bug
2020年6月
- 发布 FasterTransformer 2.1 版本
- 基于 Effective Transformer 思想添加 Effective FasterTransformer
- 优化束搜索核函数
- 添加 PyTorch 算子支持
2020年5月
- 修复编码器序列长度必须大于 3 的 bug
- 将解码的位置编码作为 FasterTransformer 解码的输入。这样可以方便使用不同类型的位置编码。FasterTransformer 不会自行计算位置编码值,而是直接查表。
- 修改
translate_sample.py中加载模型的方法
2020年4月
- 将
decoding_opennmt.h重命名为decoding_beamsearch.h - 为解码添加 DiverseSiblingsSearch 策略
- 在解码中加入采样功能
- 实现位于
decoding_sampling.h - 添加 top_k 采样和 top_p 采样
- 实现位于
- 重构 TensorFlow 自定义算子代码
- 将
bert_transformer_op.h和bert_transformer_op.cu.cc合并为bert_transformer_op.cc - 将
decoder.h和decoder.cu.cc合并为decoder.cc - 将
decoding_beamsearch.h和decoding_beamsearch.cu.cc合并为decoding_beamsearch.cc
- 将
- 修复 decoding.py 中 finalize 函数的 bug
- 修复 TF 版本的 DiverseSiblingSearch 的 bug
- 将 BLEU 评分器
bleu_score.py添加到utils目录中。注意,BLEU 评分需要 Python 3 环境。 - 将编码器的 QKV GEMM 和解码器的 masked_multi_head_attention 融合在一起
- 在所有算子中添加动态批大小和动态序列长度功能。
2020年3月
- 在 FasterTransformer 2.0 中新增功能
- 添加
translate_sample.py,演示如何通过恢复 OpenNMT-tf 的预训练模型来翻译一句话。
- 添加
- 修复 FasterTransformer 2.0 的 bug
- 修复解码器最大序列长度不能超过 128 的问题。
- 修复解码过程中每一步未检查是否已完成的 bug。
- 修复解码器关于
max_seq_len的 bug。 - 修改解码模型结构以适配 OpenNMT-tf 的解码模型。
- 在解码器后添加一层层归一化。
- 为解码器的输入添加归一化。
2020年2月
- 发布 FasterTransformer 2.0
- 提供基于 OpenNMT-tf 的高度优化解码器及解码功能,包含 C++ API 和 TensorFlow 操作。
- 优化编码器示例代码。
- 在编码器操作中加入动态批大小功能。
2019年7月
- 发布 FasterTransformer 1.0
- 提供高度优化的 BERT 等效 Transformer 层,包含 C++ API、TensorFlow 操作和 TensorRT 插件。
已知问题
- 由于未定义符号问题,无法在 TensorFlow 2.10 上编译。
- 导入扩展时出现未定义符号错误。
- 请先执行
import torch。如果已执行仍出现错误,则可能是 C++ ABI 不兼容所致。建议检查编译和运行时使用的 PyTorch 版本是否一致,或检查 PyTorch 的编译方式、GCC 版本等。
- 请先执行
- TensorFlow 实现与 OP 实现的解码结果会有所不同。该问题由累积的对数概率引起,目前尚未解决。
- 如果在自定义环境中遇到问题,尝试使用 gcc/g++ 4.8 来构建 TensorFlow 操作项目,尤其针对 TensorFlow 1.14。
版本历史
release/v5.3_tag2023/01/23release/v5.2.1_tag2023/01/01release/v5.2_bug_fix_tag2022/12/06release/v5.2_tag2022/12/03release/v5.1.1_tag2022/10/17release/v5.1_bugfix_tag2022/08/23release/v5.1_tag2022/08/16release/v5.0_tag2022/04/15release/v1.0_tag2021/04/03release/v4.0_tag2021/04/05release/v3.1_tag2021/07/29release/v3.0_tag2021/04/03release/v2.1_tag2021/04/03release/v2.0_tag2021/04/03常见问题
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