external-cannbot-ops-lab-tilelang-skills-tilelang-op-design

name	external-cannbot-ops-lab-tilelang-skills-tilelang-op-design
description	根据算子需求生成 TileLang-Ascend 算子设计文档（design.md）。涵盖编程模式选型（Developer/Expert/混合）、API 映射、内存层级规划、Tiling 策略、循环结构、同步策略、验证方案等。触发：设计算子、生成 design.md、算子方案设计、新算子开发、算子实现方案。
original-name	tilelang-op-design
synced-from	https://gitcode.com/cann/cannbot-skills
synced-date	2026-05-26
synced-commit	ac5bbd2b4cf427d011874e11f8d1e8b1bef66eda
license	UNKNOWN

TileLang-Ascend 算子设计文档生成

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1. 目标

根据算子需求信息，生成一份完整的 TileLang-Ascend 算子设计文档（design.md），涵盖以下核心决策：

• 编程模式选型：Developer / Expert / 混合模式
• API 映射：将数学公式拆解为 TileLang DSL 原语组合
• 内存层级规划：GM → L1/UB → L0 的数据搬运路径
• Tiling 策略：Block 划分与 Tile Shape 设计
• 循环结构：T.Parallel / T.serial / T.Pipelined / T.Persistent 的选择
• 同步策略：自动同步 vs 手动同步标志
• 验证方案：Golden 函数与多级测试计划

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2. 输入要求

必需信息

字段	说明
算子名称	如 softmax、layer_norm、flash_attention
数学公式	算子的数学表达，如 $\text{softmax}(x_i) = e^{x_i} / \sum e^{x_j}$
输入张量规格	shape、dtype
输出张量规格	shape、dtype
编程模式偏好	Developer / Expert / 混合

提问规则（必须严格遵守）：

1. 每次只询问一个字段：使用 question 工具时，questions 数组中只包含一个元素
2. 按表格顺序依次询问：算子名称 → 数学公式 → 输入张量规格 → 输出张量规格 → 编程模式偏好
3. 已提供的字段跳过：如果用户在初始请求中已提供某个字段的值，跳过该字段继续下一个
4. 示例：
   • 第 1 次询问：只问"数学公式"
   • 用户回答后，第 2 次询问：只问"输入张量规格"
   • 以此类推

推荐信息

字段	说明
典型配置	常用的 shape 组合与优先级
参考实现	PyTorch / NumPy 参考代码
性能目标	目标吞吐量或延迟
动态轴说明	哪些维度在运行时变化

若用户未提供必需信息中的任一项，通过提问补全后再继续。

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3. 工作流程

Phase 1：输入解析与算子特征分析

1. 解析算子名称与数学公式
2. 验证必需字段是否完整
3. 分析算子特征：
   • 计算类型判定：
     • 纯 Vector（element-wise / reduction）→ 仅需 UB
     • 纯 Cube（含 matmul）→ 需要 L1 + L0A/L0B/L0C
     • 混合（matmul + element-wise 后处理）→ 核间流水线
   • 复杂度级别：
     • 单步（如 element-wise add）→ 无循环、单次搬运
     • 多步（如 softmax = max + sub + exp + sum + div）→ 多次计算、可能需要中间缓冲
     • 融合（如 flash attention = GEMM + softmax + GEMM）→ 核间协作、流水线
   • 动态 shape 判定：是否存在运行时才确定的维度

Phase 2：信息收集

1. 查阅 examples/ 中同类算子实现
2. 查阅 tilelang-api-best-practices SKILL.md 确认 API 可用性和用法
3. 查阅 tilelang-programming-model-guide SKILL.md 确认编程模式和 pass_configs 配置
4. 如有参考实现，分析其计算步骤

Phase 3：生成 design.md

基于 templates/design-template.md 模板，填充所有章节：

1. 概述
2. 编程模式选型
3. API 映射设计
4. 数据规格与内存规划
5. Tiling 策略
6. 循环与调度结构
7. 同步策略
8. 验证方案
9. 风险点与注意事项
10. 交付清单

Phase 4：质量自检

按照 §5 中的自检清单逐项检查，确保文档质量。

Phase 5：针对性修订

仅修正未通过自检的项目。信息确实不足的标注为「待确认」并说明原因。

Phase 6：输出

将 design.md 输出到当前目录或用户指定路径。若文件已存在，询问是否覆盖。

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4. 算子特征分析决策树

重要：T.reduce_sum/max/min 和 T.tile.* 在 Developer 和 Expert 模式下都可使用。模式选择取决于是否需要手动控制内存层级和同步，而非使用了哪个 API。

算子数学公式
├─ 含 matmul / @ / 矩阵乘
│   ├─ 仅 matmul → 纯 Cube
│   │   模式: Expert (手动管理 L0)
│   │   API: T.gemm_v0 / T.gemm_v1 / T.mma
│   │   内存: GM→L1→L0A/L0B→L0C→UB→GM
│   │
│   └─ matmul + element-wise 后处理 → 混合（融合算子）
│       模式: Expert + 核间流水线
│       API: T.gemm + T.tile.* / T.Parallel
│       内存: Cube 核 L0C→UB 交给 Vector 核处理
│       同步: T.set_cross_flag / T.wait_cross_flag
│
├─ 纯 element-wise（逐元素运算）
│   ├─ 单步运算 → Developer 模式优先
│   │   API: T.Parallel + 算术符号
│   │   内存: GM→UB→GM
│   │
│   └─ 多步运算（如 softmax、layer_norm）
│       ├─ 需要精细控制 buffer 分配和复用 → Expert 模式
│       │   API: T.reduce_* + T.tile.* + T.alloc_ub
│       │
│       └─ 无需精细内存控制 → Developer 模式
│           API: T.Parallel 内链式运算 + T.reduce_*
│
└─ 含归约（reduce_sum / reduce_max / reduce_min）
    两种模式均可使用 T.reduce_*，选择依据：
    ├─ 简单归约（如单步 reduce_sum）→ Developer 模式
    └─ 归约 + 多步后续计算 + 需精细 buffer 管理 → Expert 模式
    API: T.reduce_sum / T.reduce_max / T.reduce_min
    内存: GM→UB→GM

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5. 质量自检清单

生成 design.md 后，逐项检查：

#	检查项	是否必须通过
1	编程模式有明确结论和理由：不是笼统的「视情况而定」	✅ 必须
2	API 映射具体到函数名和参数：不是「使用相关 API」	✅ 必须
3	内存搬运路径完整：从 GM 到计算再到 GM 的每一步都有说明	✅ 必须
4	Tiling 策略有约束分析：解释了为什么选择该 Block/Tile 大小	⭕ 推荐
5	同步策略与编程模式匹配：Developer 用自动同步、Expert 标明手动同步点	⭕ 推荐
6	验证方案覆盖典型配置：不是「待补充」	⭕ 推荐
7	无占位符或模糊描述：无 {placeholder}、TODO、「待补充」（已确认的除外）	✅ 必须

通过条件：必须项全部通过，推荐项至少通过 2/3。

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6. 信息源优先级

优先级	信息源	用途
1	docs/TileLang-Ascend Programming Guide.md	权威 API 说明和编程指南
2	tilelang-api-best-practices SKILL.md	API 用法速查和最佳实践
3	tilelang-programming-model-guide SKILL.md	编程模式选择和 pass_configs 配置
4	examples/ 示例代码	实际 API 用法和编程模式参考
5	testing/python/language/	边界用法和测试模式参考

冲突处理：当信息源之间矛盾时，以 docs/ 为准。若 docs/ 未覆盖，以 tilelang/language/ 源码实际实现为准。

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7. 错误处理

场景	处理方式
用户未提供数学公式	提问补全，给出常见算子公式作为参考
必需字段缺失	列出缺失项，逐一提问
API 查询无结果	标注为「需扩展」，在风险点中说明
目标文件已存在	询问用户是否覆盖或另存
算子过于复杂	建议拆分为多个子算子分别设计

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8. 完成报告

文档生成完成后，输出以下格式的报告：

## 设计文档生成报告

- 算子: {算子名称}
- 编程模式: {Developer / Expert / 混合}
- 计算类型: {纯 Vector / 纯 Cube / 混合}
- 输出路径: {文件路径}

### 自检结果
1. 编程模式选型: ✅ / ❌
2. API 映射具体性: ✅ / ❌
3. 内存搬运完整性: ✅ / ❌
4. Tiling 约束分析: ✅ / ❌
5. 同步策略匹配: ✅ / ❌
6. 验证方案覆盖: ✅ / ❌
7. 无占位符: ✅ / ❌

### 待确认项
- {列出需要用户进一步确认的内容}

9. 生成算子

完成报告后，询问用户是否根据此报告生成对应算子代码