tilegym-adding-cutile-kernel
NVIDIA/skills
TileGym에 새로운 cuTile GPU 커널 연산자를 추가하고, 디스패치 등록, 백엔드 구현, 익스포트, 테스트 및 벤치마크를 다룹니다.
...모든 것을 확장하십시오TileGym에 cuTile 커널 추가하기
cuTile 백엔드를 사용하여 새로운 연산자(예: my_op)를 추가하는 종단 간 워크플로우.
실행 규칙
다음 규칙을 반드시 엄격히 준수해야 합니다:
- 코드를 작성하기 전에 TodoWrite를 사용하여 아래 체크리스트를 작성해야 합니다
- 단계를 순서대로 실행하십시오 — 단계를 건너뛰거나 병합해서는 안 됩니다
- 각 할 일 항목은 완료 후
‘완료’로, 시작 시‘진행 중’으로표시하십시오 - 해당 단계가 적용되지 않는 경우(예: cuTile 구현 없음), 메모와 함께
‘완료’로표시하고, 아무런 표시 없이 건너뛰지 마십시오 - 각 단계는 반드시 파일 쓰기 또는 명시적인 건너뛰기 결정으로 이어져야 하며, 아무런 표시 없이 생략해서는 안 됩니다
지침
시작 시 반드시 이 체크리스트를 TodoWrite에 복사해야 합니다:
- [ ] 1단계: ops.py에 디스패치 인터페이스 등록
- [ ] 2단계: cuTile 백엔드 구현
- [ ] 단계 3: __init__.py에 등록 (cutile)
- [ ] 단계 4: 테스트 추가
- [ ] 단계 5: tests/benchmark에 벤치마크 추가
- [ ] 단계 6: 검증 (pytest + lint 실행)
1단계: 디스패치 인터페이스 등록
파일: src/tilegym/ops/ops.py
@dispatch 함수를 추가합니다. 이 함수는 모든 백엔드의 단일 진입점입니다.
@dispatch(
"my_op",
)
def my_op(
input: torch.Tensor,
out: Optional[torch.Tensor] = None,
**kwargs: Any,
):
"""
my_op에 대한 설명.
인수:
input: 입력 텐서
out: 미리 할당된 선택적 출력 텐서
**kwargs: 백엔드별 구성을 위한 추가 인수
반환값:
torch.Tensor
"""
raise NotImplementedError(f"{get_current_backend()}에서는 my_op가 구현되지 않았습니다")
주요 규칙:
- 함수 본문에서는
NotImplementedError만 발생시킵니다 - 백엔드별 매개변수를 지정하려면
**kwargs를포함해야 합니다
참조: src/tilegym/ops/ops.py에 있는 기존 연산(예: silu_and_mul, softmax)을 참조하십시오
2단계: cuTile 백엔드 구현
파일: src/tilegym/ops/cutile/my_op.py
파일 구조는 다음 템플릿을 따릅니다:
import torch
import cuda.tile as ct
from tilegym.backend import register_impl
@ct.kernel
def my_op_kernel_ct(x, output, n_elements: ct.Constant[int], BLOCK_SIZE: ct.Constant[int]):
bid = ct.bid(0)
indices = bid * BLOCK_SIZE + ct.arange(0, BLOCK_SIZE)
x_val = ct.gather(x, indices)
# ... 계산 ...
ct.scatter(output, indices, result)
@register_impl("my_op", backend="cutile")
def my_op(input: torch.Tensor, out: torch.Tensor = None, **kwargs) -> torch.Tensor:
n = input.numel()
if out is None:
out = torch.empty_like(input)
grid = ((n + 1023) // 1024,)
ct.launch(stream, grid, kernel, (some args, ...))
return out
참조: src/tilegym/ops/cutile/silu_and_mul.py
3단계: __init__.py 에 등록하기 (매우 중요)
이 단계를 생략하면 cuTile 백엔드 구현이 절대 로드되지 않습니다.
파일: src/tilegym/ops/cutile/__init__.py
if is_backend_available("cutile"): 블록 내부에 다음을 추가합니다(알파벳 순서대로):
from . import my_op
그리고 함수 임포트 섹션에 다음을 추가하십시오:
from .my_op import my_op
그리고 __all__에 "my_op" 를 추가합니다.
4단계: 테스트 추가
파일: tests/ops/test_my_op.py
중요: 항상 tilegym.ops에서 임포트해야 하며, 절대로 tilegym.ops.cutile.my_op에서 임포트해서는 안 됩니다.
import pytest
import torch
from tilegym.backend import is_backend_available, set_backend
from .. import common
_backends = ["cutile"]
class Test_MY_OP(common.PyTestCase):
@staticmethod
def reference(input):
"""PyTorch를 사용한 참조 구현."""
return torch.some_reference(input)
@pytest.mark.parametrize("shape, dtype", [
((1024,), torch.float16),
((1024, 512), torch.float32),
((64, 64, 64), torch.bfloat16),
])
@pytest.mark.parametrize("backend", _backends)
def test_op(self, shape, dtype, backend, arch):
if backend == "cutile" and not is_backend_available("cutile"):
pytest.skip("Cutile 백엔드를 사용할 수 없습니다")
try:
set_backend(backend)
except Exception as e:
pytest.skip(f"백엔드가 지원되지 않습니다: {e}")
self.setUp()
from tilegym.ops import my_op
A = torch.randn(*shape, dtype=dtype, device="cuda")
self.assertCorrectness(
my_op, self.reference, {"input": A},
atol=1e-3, rtol=1e-3,
)
주요 패턴:
_backends = ["cutile"]test_op: try-except 블록 내에서set_backend(backend)를사용하고,self.setUp()을호출
참조: tests/ops/test_silu_and_mul.py
다음은 흔히 발생하는 오류입니다.
1. _backends 리스트 누락 (클래스 내부)
2. test_op / test_op_xxx — @pytest.mark.parametrize("backend", _backends)가 누락되었거나, backend 매개변수가 없거나, tilegym.is_backend_available / tilegym.set_backend 구문이 누락됨
5단계: tests/benchmark에 벤치마크 추가
파일: tests/benchmark/bench_my_op.py
benchmark_rules.md의 주요 규칙:
tilegym.ops.my_op(a, b, ..., backend=backend)를 통해 연산 호출 —set_backend는사용하지 마십시오.ALL_BACKENDS를정의하고(최소cutile및torch포함),get_supported_backends()를사용하여 필터링합니다.reference_my_op(...)를구현하고 다음을 통해 등록하십시오:register_impl("my_op", "torch")(reference_my_op).create_benchmark_config()를 사용하여triton.testing.Benchmark구성을 생성합니다(예: shape/dtype 기준).bench_my_op(...)에서@triton.testing.perf_report([...])를사용하십시오. 벤치 함수 내부에서:torch.testing.assert_close(fn(), ref(), ...)를사용하여 정확성을 확인한 후,ms = triton.testing.do_bench(fn)(또는do_bench_cudagraph)를 실행하여 GB/s 또는 TFLOPS를 계산하고, 해당 메트릭을 반환합니다.- 입력점:
if __name__ == "__main__": bench_my_op.run(print_data=True).
템플릿 구조:
import torch
import triton
import triton.testing
import tilegym
from tilegym.backend import is_backend_available, register_impl
ALL_BACKENDS = [
("cutile", "cuTile", ("orange", "-")) if is_backend_available("cutile") else None,
("torch", "PyTorch", ("green", "-")),
]
def get_supported_backends():
return [p for p in ALL_BACKENDS if p is not None]
def reference_my_op(input: torch.Tensor, out: torch.Tensor = None, **kwargs):
"""PyTorch를 사용한 참조 구현."""
...
register_impl("my_op", "torch")(reference_my_op)
def create_benchmark_config(datatype, ...):
available_backends = get_supported_backends()
if not available_backends:
return None
backends, names, styles = zip(*available_backends)
return triton.testing.Benchmark(
x_names=["M"], # 또는 다른 차원 이름
x_vals=[...],
line_arg="backend",
line_vals=list(backends),
line_names=list(names),
styles=list(styles),
ylabel="GB/s", # 또는 TFLOPS
plot_name="my-op-...",
args={"datatype": datatype, ...},
)
@triton.testing.perf_report([
create_benchmark_config(datatype, ...)
for datatype in [torch.float16, torch.float32]
for ... in [...]
])
def bench_my_op(M, backend, datatype, ..., device="cuda"):
x = torch.randn(..., dtype=datatype, device=device)
fn = lambda: tilegym.ops.my_op(x, backend=backend)
ref = lambda: reference_my_op(x)
torch.testing.assert_close(fn(), ref(), rtol=1e-2, atol=1e-2)
ms = triton.testing.do_bench(fn) # 또는 do_bench_cudagraph(fn)
# ms와 문제 규모를 바탕으로 메트릭(예: GB/s 또는 TFLOPS) 계산
return metric
if __name__ == "__main__":
bench_my_op.run(print_data=True)
벤치마크 플롯 이름: -TFLOPS 또는 -GBps 접미사를 반드시 포함해야 함
- 예시:
plot_name=f"persistent-layer-norm-M{num_rows}-{dtype_name}-GBps"
6단계: 검증
# 테스트 실행
pytest tests/ops/test_my_op.py -v
# 벤치마크 실행 (선택 사항)
python tests/benchmark/bench_my_op.py
# 린트
pre-commit run -a
---
name: tilegym-adding-cutile-kernel
description: Add a new cuTile GPU kernel operator to TileGym, covering dispatch registration, backend implementation, exports, tests, and benchmarks.
license: CC-BY-4.0 AND Apache-2.0
---
# Adding a cuTile Kernel to TileGym
End-to-end workflow for adding a new operator (e.g., `my_op`) with cuTile backend.
## Execution Rules
**MUST follow these rules strictly:**
1. Use TodoWrite to create the checklist below BEFORE writing any code
2. Execute steps **in order** — do NOT skip ahead or combine steps
3. Mark each todo as `completed` after finishing, `in_progress` when starting
4. If a step is not applicable (e.g., no cuTile impl), mark it `completed` with a note, do NOT silently skip
5. Each step MUST result in a file write or explicit skip decision — no silent omissions
## Instructions
MUST copy this checklist to TodoWrite at the start:
```
- [ ] Step 1: Register dispatch interface in ops.py
- [ ] Step 2: Implement cuTile backend
- [ ] Step 3: Register in __init__.py (cutile)
- [ ] Step 4: Add tests
- [ ] Step 5: Add benchmark to tests/benchmark
- [ ] Step 6: Verify (run pytest + lint)
```
## Step 1: Register dispatch interface
**File**: `src/tilegym/ops/ops.py`
Add a `@dispatch` function — this is the **single entry point** for all backends.
```python
@dispatch(
"my_op",
)
def my_op(
input: torch.Tensor,
out: Optional[torch.Tensor] = None,
**kwargs: Any,
):
"""
Description of my_op.
Args:
input: Input tensor
out: Optional preallocated output tensor
**kwargs: Additional arguments for backend-specific configurations
Returns:
torch.Tensor
"""
raise NotImplementedError(f"my_op is not implemented for {get_current_backend()}")
```
**Key rules:**
- Function body only raises `NotImplementedError`
- Include `**kwargs` for backend-specific parameters
**Reference**: See existing ops in `src/tilegym/ops/ops.py` (e.g., `silu_and_mul`, `softmax`)
## Step 2: Implement cuTile backend
**File**: `src/tilegym/ops/cutile/my_op.py`
The file structure follows this template:
```python
import torch
import cuda.tile as ct
from tilegym.backend import register_impl
@ct.kernel
def my_op_kernel_ct(x, output, n_elements: ct.Constant[int], BLOCK_SIZE: ct.Constant[int]):
bid = ct.bid(0)
indices = bid * BLOCK_SIZE + ct.arange(0, BLOCK_SIZE)
x_val = ct.gather(x, indices)
# ... compute ...
ct.scatter(output, indices, result)
@register_impl("my_op", backend="cutile")
def my_op(input: torch.Tensor, out: torch.Tensor = None, **kwargs) -> torch.Tensor:
n = input.numel()
if out is None:
out = torch.empty_like(input)
grid = ((n + 1023) // 1024,)
ct.launch(stream, grid, kernel, (some args, ...))
return out
```
**Reference**: `src/tilegym/ops/cutile/silu_and_mul.py`
## Step 3: Register in `__init__.py` (CRITICAL)
Missing this step means the cuTile backend implementation never gets loaded.
**File**: `src/tilegym/ops/cutile/__init__.py`
Add inside `if is_backend_available("cutile"):` block (alphabetically):
```python
from . import my_op
```
And in the function import section:
```python
from .my_op import my_op
```
And add `"my_op"` to `__all__`.
## Step 4: Add tests
**File**: `tests/ops/test_my_op.py`
**CRITICAL**: Always import from `tilegym.ops`, NEVER from `tilegym.ops.cutile.my_op`.
```python
import pytest
import torch
from tilegym.backend import is_backend_available, set_backend
from .. import common
_backends = ["cutile"]
class Test_MY_OP(common.PyTestCase):
@staticmethod
def reference(input):
"""Reference implementation using PyTorch."""
return torch.some_reference(input)
@pytest.mark.parametrize("shape, dtype", [
((1024,), torch.float16),
((1024, 512), torch.float32),
((64, 64, 64), torch.bfloat16),
])
@pytest.mark.parametrize("backend", _backends)
def test_op(self, shape, dtype, backend, arch):
if backend == "cutile" and not is_backend_available("cutile"):
pytest.skip("Cutile backend not available")
try:
set_backend(backend)
except Exception as e:
pytest.skip(f"Backend is not supported: {e}")
self.setUp()
from tilegym.ops import my_op
A = torch.randn(*shape, dtype=dtype, device="cuda")
self.assertCorrectness(
my_op, self.reference, {"input": A},
atol=1e-3, rtol=1e-3,
)
```
**Key patterns:**
- `_backends = ["cutile"]`
- `test_op`: use `set_backend(backend)` with try-except, call `self.setUp()`
**Reference**: `tests/ops/test_silu_and_mul.py`
Below is the common errors.
```
1. Missing _backends list (inside class)
2. test_op / test_op_xxx — missing @pytest.mark.parametrize("backend", _backends), backend parameter, and tilegym.is_backend_available / tilegym.set_backend pattern
```
## Step 5: Add benchmark to tests/benchmark
**File**: `tests/benchmark/bench_my_op.py`
**Key rules from benchmark_rules.md:**
- Call the op via `tilegym.ops.my_op(a, b, ..., backend=backend)` — do **not** use `set_backend`.
- Define `ALL_BACKENDS` (include at least `cutile` and `torch`), filter with `get_supported_backends()`.
- Implement `reference_my_op(...)` and register it: `register_impl("my_op", "torch")(reference_my_op)`.
- Use `create_benchmark_config()` to build `triton.testing.Benchmark` configs (e.g. by shape/dtype).
- Use `@triton.testing.perf_report([...])` on `bench_my_op(...)`; inside the bench function: correctness check with `torch.testing.assert_close(fn(), ref(), ...)`, then `ms = triton.testing.do_bench(fn)` (or `do_bench_cudagraph`), compute GB/s or TFLOPS, and return the metric.
- Entry point: `if __name__ == "__main__": bench_my_op.run(print_data=True)`.
Template structure:
```python
import torch
import triton
import triton.testing
import tilegym
from tilegym.backend import is_backend_available, register_impl
ALL_BACKENDS = [
("cutile", "cuTile", ("orange", "-")) if is_backend_available("cutile") else None,
("torch", "PyTorch", ("green", "-")),
]
def get_supported_backends():
return [p for p in ALL_BACKENDS if p is not None]
def reference_my_op(input: torch.Tensor, out: torch.Tensor = None, **kwargs):
"""Reference implementation using PyTorch."""
...
register_impl("my_op", "torch")(reference_my_op)
def create_benchmark_config(datatype, ...):
available_backends = get_supported_backends()
if not available_backends:
return None
backends, names, styles = zip(*available_backends)
return triton.testing.Benchmark(
x_names=["M"], # or other dimension names
x_vals=[...],
line_arg="backend",
line_vals=list(backends),
line_names=list(names),
styles=list(styles),
ylabel="GB/s", # or TFLOPS
plot_name="my-op-...",
args={"datatype": datatype, ...},
)
@triton.testing.perf_report([
create_benchmark_config(datatype, ...)
for datatype in [torch.float16, torch.float32]
for ... in [...]
])
def bench_my_op(M, backend, datatype, ..., device="cuda"):
x = torch.randn(..., dtype=datatype, device=device)
fn = lambda: tilegym.ops.my_op(x, backend=backend)
ref = lambda: reference_my_op(x)
torch.testing.assert_close(fn(), ref(), rtol=1e-2, atol=1e-2)
ms = triton.testing.do_bench(fn) # or do_bench_cudagraph(fn)
# Compute metric (e.g. GB/s or TFLOPS) from ms and problem size
return metric
if __name__ == "__main__":
bench_my_op.run(print_data=True)
```
**Benchmark Plot Names**: Must include `-TFLOPS` or `-GBps` suffix
- Example: `plot_name=f"persistent-layer-norm-M{num_rows}-{dtype_name}-GBps"`
## Step 6: Verify
```bash
# Run tests
pytest tests/ops/test_my_op.py -v
# Run benchmark (optional)
python tests/benchmark/bench_my_op.py
# Lint
pre-commit run -a
```
모든 파일
5개 파일tilegym-adding-cutile-kernel 설치
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git clone https://github.com/NVIDIA/skills/tree/main/skills/tilegym-adding-cutile-kernel # Copy SKILL.md to your .claude/skills/ directory
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