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文章主要内容总结

本文聚焦边缘设备上大语言模型（LLM）推理的挑战，提出了一种基于混合 systolic阵列（HSA）架构的边缘LLM推理加速器，旨在优化推理过程中计算密集的prefill阶段和内存受限的decode阶段的效率。

• 背景与挑战：边缘LLM推理需兼顾安全性、低延迟和成本效益，但面临内存容量有限、功耗约束严格、decode阶段内存带宽窄导致性能受限等问题。LLM推理的prefill阶段以矩阵-矩阵乘法（MMM）为主，decode阶段以矩阵-向量乘法（MVM）为主，且decode阶段占总延迟的80%以上，外部内存访问（EMA）是能耗的主要来源。
• 解决方案：
  • 提出混合 systolic阵列（HSA）架构，结合传统systolic阵列和向量单元的优势，在prefill阶段实现高能效，在decode阶段保持高硬件利用率和面积效率。
  • 采用MXINT4权重量化方案减少EMA，并设计适配HSA的数据流，确保低量化开销和100%硬件利用率，同时精度损失极小。
  • 优化根 mean square 归一化（RMSNorm）和旋转位置编码（RoPE）单元，减少其延迟、面积和内存访问开销，支持端到端推理。
• 实验结果：在1.3B参数的RetNet模型上，长输入/长输出场景下实现247/117 token/s/mm²的性能，较现有方案提升2.45×/13.5×，同时在token生成中保持优异的能效。

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