gx
chenyc
2025-06-12 7b72ac13a83764a662159d4a49b7fffb90476ecb
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
/**
 * @license
 * Copyright 2017 Google Inc. All Rights Reserved.
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 * =============================================================================
 */
 
import {Conv2DInfo, Conv3DInfo} from '../../ops/conv_util';
import {GPGPUProgram} from './gpgpu_math';
 
export class Conv2DDerFilterProgram implements GPGPUProgram {
  variableNames = ['x', 'dy'];
  outputShape: number[];
  userCode: string;
 
  constructor(convInfo: Conv2DInfo) {
    this.outputShape = convInfo.filterShape;
 
    const strideHeight = convInfo.strideHeight;
    const strideWidth = convInfo.strideWidth;
    const padTop = convInfo.padInfo.top;
    const padLeft = convInfo.padInfo.left;
    const isChannelsLast = convInfo.dataFormat === 'channelsLast';
 
    this.userCode = `
      void main() {
        ivec4 coords = getOutputCoords();
        int wR = coords.x;
        int wC = coords.y;
        int d1 = coords.z;
        int d2 = coords.w;
 
        // Convolve x(?, ?, d1) with dy(:, :, d2) to get dw(wR, wC, d1, d2).
        // ? = to be determined. : = across all values in that axis.
        float dotProd = 0.0;
 
        for (int b = 0; b < ${convInfo.batchSize}; b++) {
          for (int yR = 0; yR < ${convInfo.outHeight}; yR++) {
            int xR = wR + yR * ${strideHeight} - ${padTop};
 
            if (xR < 0 || xR >= ${convInfo.inHeight}) {
              continue;
            }
 
            for (int yC = 0; yC < ${convInfo.outWidth}; yC++) {
              int xC = wC + yC * ${strideWidth} - ${padLeft};
 
              if (xC < 0 || xC >= ${convInfo.inWidth}) {
                continue;
              }
 
              if (${isChannelsLast}) {
                float dyValue = getDy(b, yR, yC, d2);
                float xValue = getX(b, xR, xC, d1);
                dotProd += (xValue * dyValue);
              } else {
                float dyValue = getDy(b, d2, yR, yC);
                float xValue = getX(b, d1, xR, xC);
                dotProd += (xValue * dyValue);
              }
 
            }
          }
        }
        setOutput(dotProd);
      }
    `;
  }
}
 
export class Conv2DDerInputProgram implements GPGPUProgram {
  variableNames = ['dy', 'W'];
  outputShape: number[];
  userCode: string;
 
  constructor(convInfo: Conv2DInfo) {
    this.outputShape = convInfo.inShape;
 
    const filterHeight = convInfo.filterHeight;
    const filterWidth = convInfo.filterWidth;
    const strideHeight = convInfo.strideHeight;
    const strideWidth = convInfo.strideWidth;
    const isChannelsLast = convInfo.dataFormat === 'channelsLast';
 
    const padTop = filterHeight - 1 - convInfo.padInfo.top;
    const padLeft = filterWidth - 1 - convInfo.padInfo.left;
 
    const rowDim = isChannelsLast ? 1 : 2;
    const colDim = isChannelsLast ? 2 : 3;
    const channelDim = isChannelsLast ? 3 : 1;
 
    this.userCode = `
      const ivec2 pads = ivec2(${padTop}, ${padLeft});
 
      void main() {
        ivec4 coords = getOutputCoords();
        int batch = coords[0];
        int d1 = coords[${channelDim}];
 
        ivec2 dyCorner = ivec2(coords[${rowDim}], coords[${colDim}]) - pads;
        int dyRCorner = dyCorner.x;
        int dyCCorner = dyCorner.y;
 
        // Convolve dy(?, ?, d2) with w(:, :, d1, d2) to compute dx(xR, xC, d1).
        // ? = to be determined. : = across all values in that axis.
        float dotProd = 0.0;
        for (int wR = 0; wR < ${filterHeight}; wR++) {
          float dyR = float(dyRCorner + wR) / ${strideHeight}.0;
 
          if (dyR < 0.0 || dyR >= ${convInfo.outHeight}.0 || fract(dyR) > 0.0) {
            continue;
          }
          int idyR = int(dyR);
 
          int wRPerm = ${filterHeight} - 1 - wR;
 
          for (int wC = 0; wC < ${filterWidth}; wC++) {
            float dyC = float(dyCCorner + wC) / ${strideWidth}.0;
 
            if (dyC < 0.0 || dyC >= ${convInfo.outWidth}.0 ||
                fract(dyC) > 0.0) {
              continue;
            }
            int idyC = int(dyC);
 
            int wCPerm = ${filterWidth} - 1 - wC;
 
            for (int d2 = 0; d2 < ${convInfo.outChannels}; d2++) {
 
              if (${isChannelsLast}) {
                float xValue = getDy(batch, idyR, idyC, d2);
                float wValue = getW(wRPerm, wCPerm, d1, d2);
                dotProd += xValue * wValue;
              } else {
                float xValue = getDy(batch, d2, idyR, idyC);
                float wValue = getW(wRPerm, wCPerm, d1, d2);
                dotProd += xValue * wValue;
              }
 
            }
          }
        }
        setOutput(dotProd);
      }
    `;
  }
}
 
export class Conv3DDerFilterProgram implements GPGPUProgram {
  variableNames = ['x', 'dy'];
  outputShape: number[];
  userCode: string;
 
  constructor(convInfo: Conv3DInfo) {
    this.outputShape = convInfo.filterShape;
 
    const strideDepth = convInfo.strideDepth;
    const strideHeight = convInfo.strideHeight;
    const strideWidth = convInfo.strideWidth;
    const padFront = convInfo.padInfo.front;
    const padTop = convInfo.padInfo.top;
    const padLeft = convInfo.padInfo.left;
 
    this.userCode = `
      void main() {
        ivec5 coords = getOutputCoords();
        int wF = coords.x;
        int wR = coords.y;
        int wC = coords.z;
        int d1 = coords.w;
        int d2 = coords.u;
 
        float dotProd = 0.0;
 
        for (int b = 0; b < ${convInfo.batchSize}; b++) {
          for (int yF = 0; yF < ${convInfo.outDepth}; yF++) {
            int xF = wF + yF * ${strideDepth} - ${padFront};
 
            if (xF < 0 || xF >= ${convInfo.inDepth}) {
              continue;
            }
 
            for (int yR = 0; yR < ${convInfo.outHeight}; yR++) {
              int xR = wR + yR * ${strideHeight} - ${padTop};
 
              if (xR < 0 || xR >= ${convInfo.inHeight}) {
                continue;
              }
 
              for (int yC = 0; yC < ${convInfo.outWidth}; yC++) {
                int xC = wC + yC * ${strideWidth} - ${padLeft};
 
                if (xC < 0 || xC >= ${convInfo.inWidth}) {
                  continue;
                }
 
                float dyValue = getDy(b, yF, yR, yC, d2);
                float xValue = getX(b, xF, xR, xC, d1);
                dotProd += (xValue * dyValue);
              }
            }
          }
        }
        setOutput(dotProd);
      }
    `;
  }
}
 
export class Conv3DDerInputProgram implements GPGPUProgram {
  variableNames = ['dy', 'W'];
  outputShape: number[];
  userCode: string;
 
  constructor(convInfo: Conv3DInfo) {
    this.outputShape = convInfo.inShape;
 
    const filterDepth = convInfo.filterDepth;
    const filterHeight = convInfo.filterHeight;
    const filterWidth = convInfo.filterWidth;
    const strideDepth = convInfo.strideDepth;
    const strideHeight = convInfo.strideHeight;
    const strideWidth = convInfo.strideWidth;
 
    const padFront = filterDepth - 1 - convInfo.padInfo.front;
    const padTop = filterHeight - 1 - convInfo.padInfo.top;
    const padLeft = filterWidth - 1 - convInfo.padInfo.left;
 
    this.userCode = `
      const ivec3 pads = ivec3(${padFront}, ${padTop}, ${padLeft});
 
      void main() {
        ivec5 coords = getOutputCoords();
        int batch = coords.x;
        int d1 = coords.u;
 
 
        ivec3 dyCorner = ivec3(coords.y, coords.z, coords.w) - pads;
        int dyFCorner = dyCorner.x;
        int dyRCorner = dyCorner.y;
        int dyCCorner = dyCorner.z;
 
        float dotProd = 0.0;
        for (int wF = 0; wF < ${filterDepth}; wF++) {
          float dyF = float(dyFCorner + wF) / ${strideDepth}.0;
 
          if (dyF < 0.0 || dyF >= ${convInfo.outDepth}.0 || fract(dyF) > 0.0) {
            continue;
          }
          int idyF = int(dyF);
 
          int wFPerm = ${filterDepth} - 1 - wF;
 
          for (int wR = 0; wR < ${filterHeight}; wR++) {
            float dyR = float(dyRCorner + wR) / ${strideHeight}.0;
 
            if (dyR < 0.0 || dyR >= ${convInfo.outHeight}.0 ||
              fract(dyR) > 0.0) {
              continue;
            }
            int idyR = int(dyR);
 
            int wRPerm = ${filterHeight} - 1 - wR;
 
            for (int wC = 0; wC < ${filterWidth}; wC++) {
              float dyC = float(dyCCorner + wC) / ${strideWidth}.0;
 
              if (dyC < 0.0 || dyC >= ${convInfo.outWidth}.0 ||
                  fract(dyC) > 0.0) {
                continue;
              }
              int idyC = int(dyC);
 
              int wCPerm = ${filterWidth} - 1 - wC;
 
              for (int d2 = 0; d2 < ${convInfo.outChannels}; d2++) {
                float xValue = getDy(batch, idyF, idyR, idyC, d2);
                float wValue = getW(wFPerm, wRPerm, wCPerm, d1, d2);
                dotProd += xValue * wValue;
              }
            }
          }
        }
        setOutput(dotProd);
      }
    `;
  }
}