src/core/CL/cl_kernels/batchnormalization_layer.cl

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2017-2018 ARM Limited.
   3  *
   4  * SPDX-License-Identifier: MIT
   5  *
   6  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
   7  * of this software and associated documentation files (the "Software"), to
   8  * deal in the Software without restriction, including without limitation the
   9  * rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or
  10  * sell copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
  11  * furnished to do so, subject to the following conditions:
  12  *
  13  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in all
  14  * copies or substantial portions of the Software.
  15  *
  16  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
  17  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
  18  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
  19  * AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
  20  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
  21  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
  22  * SOFTWARE.
  23  */
  24 #include "helpers.h"
  25
  26 #if defined(VEC_SIZE) && defined(DATA_TYPE)
  27
  28 #if defined(FIXED_POINT_POSITION)
  29 #include "fixed_point.h"
  30
  31 #define ADD_OP(a, b) ADD_SAT_OP_EXPAND((a), (b), DATA_TYPE, VEC_SIZE)
  32 #define SUB_OP(a, b) SUB_SAT_OP_EXPAND((a), (b), DATA_TYPE, VEC_SIZE)
  33 #define MUL_OP(a, b) MUL_SAT_OP_EXPAND((a), (b), DATA_TYPE, VEC_SIZE, FIXED_POINT_POSITION)
  34 #define INVSQRT_OP(a) INVSQRT_OP_EXPAND((a), DATA_TYPE, VEC_SIZE, FIXED_POINT_POSITION)
  35 #define SQCVT_SAT(a) SQCVT_SAT_OP_EXPAND((a), DATA_TYPE, FIXED_POINT_POSITION)
  36
  37 #else /* FIXED_POINT_POSITION */
  38
  39 #define ADD_OP(a, b) ((a) + (b))
  40 #define SUB_OP(a, b) ((a) - (b))
  41 #define MUL_OP(a, b) ((a) * (b))
  42 #define INVSQRT_OP(a) rsqrt((a))
  43 #define SQCVT_SAT(a) (a)
  44
  45 #endif /* FIXED_POINT_POSITION */
  46
  47 #if defined(LU_BRELU)
  48 #define ACTIVATION_FUNC(x) CLAMP(x, (DATA_TYPE)B_VAL, (DATA_TYPE)A_VAL)
  49 #elif defined(BRELU)
  50 #define ACTIVATION_FUNC(x) CLAMP(x, (DATA_TYPE)0, (DATA_TYPE)A_VAL)
  51 #elif defined(RELU)
  52 #define ACTIVATION_FUNC(x) max(x, (DATA_TYPE)0)
  53 #else /* FUSED_ACT */
  54 #define ACTIVATION_FUNC(x) (x)
  55 #endif /* FUSED_ACT */
  56
  57 /** Apply batch normalization.
  58  *
  59  * @param[in]  input_ptr                            Pointer to the first source tensor. Supported data types: QS8/QS16/F16/F32
  60  * @param[in]  input_stride_x                       Stride of the first source tensor in X dimension (in bytes)
  61  * @param[in]  input_step_x                         input_stride_x * number of elements along X processed per workitem(in bytes)
  62  * @param[in]  input_stride_y                       Stride of the first source tensor in Y dimension (in bytes)
  63  * @param[in]  input_step_y                         input_stride_y * number of elements along Y processed per workitem(in bytes)
  64  * @param[in]  input_stride_z                       Stride of the first source tensor in Z dimension (in bytes)
  65  * @param[in]  input_step_z                         input_stride_z * number of elements along Z processed per workitem(in bytes)
  66  * @param[in]  input_offset_first_element_in_bytes  The offset of the first element in the first source tensor
  67  * @param[out] output_ptr                           Pointer to the destination tensor. Supported data types: same as @p input_ptr
  68  * @param[in]  output_stride_x                      Stride of the destination tensor in X dimension (in bytes)
  69  * @param[in]  output_step_x                        output_stride_x * number of elements along X processed per workitem(in bytes)
  70  * @param[in]  output_stride_y                      Stride of the destination tensor in Y dimension (in bytes)
  71  * @param[in]  output_step_y                        output_stride_y * number of elements along Y processed per workitem(in bytes)
  72  * @param[in]  output_stride_z                      Stride of the destination tensor in Z dimension (in bytes)
  73  * @param[in]  output_step_z                        output_stride_z * number of elements along Z processed per workitem(in bytes)
  74  * @param[in]  output_offset_first_element_in_bytes The offset of the first element in the destination tensor
  75  * @param[in]  mean_ptr                             Pointer to the mean source tensor. Supported data types: same as @p input_ptr
  76  * @param[in]  mean_stride_x                        Stride of the mean source tensor in X dimension (in bytes)
  77  * @param[in]  mean_step_x                          mean_stride_x * number of elements along X processed per workitem(in bytes)
  78  * @param[in]  mean_offset_first_element_in_bytes   The offset of the first element in the mean source tensor
  79  * @param[in]  var_ptr                              Pointer to the var tensor. Supported data types: same as @p input_ptr
  80  * @param[in]  var_stride_x                         Stride of the var tensor in X dimension (in bytes)
  81  * @param[in]  var_step_x                           var_stride_x * number of elements along X processed per workitem(in bytes)
  82  * @param[in]  var_offset_first_element_in_bytes    The offset of the first element in the var source tensor
  83  * @param[in]  beta_ptr                             Pointer to the beta source tensor. Supported data types: same as @p input_ptr
  84  * @param[in]  beta_stride_x                        Stride of the beta source tensor in X dimension (in bytes)
  85  * @param[in]  beta_step_x                          beta_stride_x * number of elements along X processed per workitem(in bytes)
  86  * @param[in]  beta_offset_first_element_in_bytes   The offset of the first element in the beta source tensor
  87  * @param[in]  gamma_ptr                            Pointer to the gamma source tensor. Supported data types: same as @p input_ptr
  88  * @param[in]  gamma_stride_x                       Stride of the gamma source tensor in X dimension (in bytes)
  89  * @param[in]  gamma_step_x                         gamma_stride_x * number of elements along X processed per workitem(in bytes)
  90  * @param[in]  gamma_offset_first_element_in_bytes  The offset of the first element in the gamma source tensor
  91  * @param[in]  epsilon                              Epsilon parameter in the batch normalization equation
  92  */
  93 __kernel void batchnormalization_layer(TENSOR3D_DECLARATION(input),
  94 #ifndef IN_PLACE
  95                                        TENSOR3D_DECLARATION(output),
  96 #endif /* not IN_PLACE */
  97                                        VECTOR_DECLARATION(mean),
  98                                        VECTOR_DECLARATION(var),
  99                                        VECTOR_DECLARATION(beta),
 100                                        VECTOR_DECLARATION(gamma),
 101                                        float epsilon)
 102 {
 103     Tensor3D in = CONVERT_TO_TENSOR3D_STRUCT(input);
 104 #ifdef IN_PLACE
 105     Tensor3D out = in;
 106 #else  /* IN_PLACE */
 107     Tensor3D out = CONVERT_TO_TENSOR3D_STRUCT(output);
 108 #endif /* IN_PLACE */
 109     Vector mean  = CONVERT_TO_VECTOR_STRUCT(mean);
 110     Vector var   = CONVERT_TO_VECTOR_STRUCT(var);
 111     Vector beta  = CONVERT_TO_VECTOR_STRUCT(beta);
 112     Vector gamma = CONVERT_TO_VECTOR_STRUCT(gamma);
 113
 114     VEC_DATA_TYPE(DATA_TYPE, VEC_SIZE)
 115     data = 0;
 116     VEC_DATA_TYPE(DATA_TYPE, VEC_SIZE)
 117     denominator = 0;
 118     VEC_DATA_TYPE(DATA_TYPE, VEC_SIZE)
 119     numerator = 0;
 120     VEC_DATA_TYPE(DATA_TYPE, VEC_SIZE)
 121     x_bar = 0;
 122     VEC_DATA_TYPE(DATA_TYPE, VEC_SIZE)
 123     gamma_vec = 0;
 124     VEC_DATA_TYPE(DATA_TYPE, VEC_SIZE)
 125     beta_vec = 0;
 126
 127     const int current_slice = get_global_id(2);
 128
 129     data        = VLOAD(VEC_SIZE)(0, (__global DATA_TYPE *)in.ptr);
 130     denominator = *((__global DATA_TYPE *)(var.ptr + current_slice * var.stride_x));
 131     denominator = INVSQRT_OP(ADD_OP(denominator, ((VEC_DATA_TYPE(DATA_TYPE, VEC_SIZE))SQCVT_SAT(epsilon))));
 132
 133     // Calculate x bar and store results
 134     numerator = *((__global DATA_TYPE *)(mean.ptr + current_slice * mean.stride_x));
 135     numerator = SUB_OP(data, numerator);
 136     x_bar     = MUL_OP(numerator, denominator);
 137
 138     gamma_vec = *((__global DATA_TYPE *)(gamma.ptr + current_slice * gamma.stride_x));
 139     beta_vec  = *((__global DATA_TYPE *)(beta.ptr + current_slice * beta.stride_x));
 140
 141     VEC_DATA_TYPE(DATA_TYPE, VEC_SIZE)
 142     res = ADD_OP(MUL_OP(gamma_vec, x_bar), beta_vec);
 143
 144     res = ACTIVATION_FUNC(res);
 145
 146     VSTORE(VEC_SIZE)
 147     (res, 0, (__global DATA_TYPE *)out.ptr);
 148 }
 149
 150 #endif /* defined(VEC_SIZE) && defined(DATA_TYPE) */