2024年标志着Burn架构的重大演变。 传统的深度学习框架常常要求开发者在性能、可移植性和灵活性之间做出妥协；而我们的目标是超越这些权衡。 展望2025年，我们致力于将这一理念应用于整个计算栈，从嵌入式设备到数据中心，涵盖所有领域。
2024年回顾：突破硬件限制
重新定义内核开发
今年之初，我们面临一个限制：我们的WGPU后端依赖于基础的WGSL模板，限制了我们的适应能力。这个挑战促使我们创建了CubeCL [1]，这是我们统一内核开发的解决方案。这项任务非常复杂——设计一个抽象层，适用于各种不同的硬件，同时保持顶级性能。我们的结果证明了这一策略的有效性，在大多数基准测试中，性能现在已匹配甚至超过LibTorch。
多后端架构
后端生态系统现已包括CUDA [2]、HIP/ROCm [3]以及支持WebGPU和Vulkan的先进WGPU实现 [4]。迄今为止最显著的成就是在相同硬件上实现不同后端的性能平衡。例如，无论是在CUDA还是Vulkan上执行矩阵乘法操作，性能几乎相同，这直接反映了我们平台无关优化的策略。
我们还引入了新的Router和HTTP后端：Router后端支持多后端的动态混合，而HTTP后端则支持跨多台机器的分布式处理。为了解决内存管理挑战，我们实施了池化和检查点机制，即使在反向传播期间也能实现操作融合。
硬件无关加速
我们的硬件加速策略标志着一个重要的技术里程碑。我们并不依赖于特定平台的库，如cuBLAS [5]或rocBLAS [6]，而是开发了一套编译器栈，利用每个平台的最佳特性，同时确保跨平台的兼容性。这涉及克服代码生成和优化中的复杂挑战，尤其是对于矩阵乘法等操作，必须高效利用各种硬件架构的张量核心。
2025年路线图：拥抱极端
在2025年，我们将解决深度学习部署中的两个基本挑战。
小规模：量化
量化对于资源有限的计算至关重要。 我们的方法使用复杂操作的融合，通过“读取时融合”功能，实现如归约等任务在计算管道中的无缝集成。 这种融合策略自动处理操作的打包和解包，确保量化操作高效运行，无需手动调整。 结果是什么？高性能的量化操作在保持精度的同时，降低了资源需求。
大规模：可扩展的分布式计算
在另一端，是分布式计算。 通过利用我们的Router和HTTP后端构建强大的分布式训练基础设施，我们旨在创建一个流畅的分布式计算体验， 使工作负载能够在不同硬件和后端配置之间轻松流动，同时优化异构计算环境中的资源利用。
为了支持这种普遍兼容性的愿景，我们正在扩展我们的后端生态系统，包括：
- 开发Metal后端，充分利用Apple Silicon的能力，超越当前WGPU的功能；
- 在Rust中实现一个即时向量化的CPU后端，以增强CPU性能；
- 开启新的后端可能性，如FPGA支持，确保Burn能够适应任何计算环境。
我们还将大量投资于开发者体验，提供全面的CubeCL文档，并推动Burn API的稳定化。这些改进将使开发者更容易利用我们跨平台能力的 全部潜力。
在2024年，我们证明了跨平台性能不需要妥协。 展望2025年，我们将这一原则扩展到整个计算领域——从微控制器到服务器农场。 通过解决两个极端的技术挑战，我们致力于使深度学习在任何规模或硬件限制下都更加高效和易用。
参考文献
- Going Big and Small for 2025
- CubeCL: Multi-platform high-performance compute language extension for Rust
- CUDA Toolkit
- AMD ROCm Software
- Rust implementation of SPIR-V
- cuBLAS: CUDA Basic Linear Algebra Subroutine Library
- rocBLAS: ROCm Basic Linear Algebra Subprograms Library
- Integer Quantization for Deep Learning Inference: Principles and Empirical Evaluation
- Rust Bindings for Metal
