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MaterializeSemanticAliases Pass

将语义要求必须是同一块分配的 buffer 归一到同一个 MemRef —— 通过把每个循环 carried 的 iter_arg/initValue MemRef 沿 yield/producer 链向下传播来实现。

概述

内存规划区分两种 buffer 共享：

  • 强制别名（语义要求）： 循环累加器、或原地算子的结果必须落在同一块 buffer——写"下一个"值必须更新 carried buffer，否则循环无法累加。这是正确性, 不是优化。
  • 机会别名（可选）： 生命周期不冲突的两块独立 buffer 可以共享存储以省内存, 属于优化。

本 pass 只处理强制别名。它从 MemoryReuse 中拆出 （原来是那个 pass 的 "Step 0"），以便机会性的生命周期复用可以被独立跳过：

  • MemoryPlanner.DSA_RP 保留独立分配身份，交给进程内 DSA-RP 求解器放置。
  • MemoryPlanner.PTOAS 把生命周期复用和地址分配交给 ptoas。

使用时机：在 InitMemRef（创建 MemRef）之后、所选内存 规划器之前运行。它总是运行。PYPTO 随后运行 MemoryReuse；DSA_RP 在 AllocateMemoryAddr 中消费这些分配身份。

API

C++ Python 级别
pass::MaterializeSemanticAliases() passes.materialize_semantic_aliases() 函数级 
from pypto.pypto_core import passes

program = passes.materialize_semantic_aliases()(program)

算法

InitMemRef 已经让循环 carried 的 iter_arg 和 return_var 与 initValue （累加器 buffer）共享同一 MemRef，但 yield 值的生产者 —— 例如计算 acc_next 的 tile.add —— 仍被分配了自己的新 MemRef。本 pass 补上这个缺口：

  1. 自顶向下重定向（TopDownRetargeter）：对每个 ForStmt，取每个 iter_arg 的规范 MemRef 作为目标，推送到 yield 值及其 producer 链上（跟随原地 output-reuses-input 算子与 view 输入）。IfStmt 的返回值被推送到两个分支的 yield，然后应用收集到的类型改写。
  2. 规范化 peeled accumulator phi：按后序访问嵌套 IfStmt，同时识别直接的 in-place accumulator producer，以及由分支外 accumulator seed 驱动的分支内 loop。当且仅当一个分支是 accumulator continuation 时，把另一个分支的局部 seed、phi result、alias 和嵌套 loop carry 重定向到 reused input 的规范 Acc allocation。accumulator loop 和 sibling seed 都必须位于各自分支内，而且 target 在 seed 分支剩余部分必须已 dead。无论 continuation 是直接的 tile.matmul_acc 还是分支内 loop，它复用的 input 及所有 bare/metadata alias 在 if 之后都不能存在绕过 phi 的独立读取；否则在 continuation 不执行的 sibling 路径上，重定向后的 producer 会覆盖仍可观察的值。
  3. 规范化语义 identity chain（NormalizeIdentityCopyBuffersMutator）：让 bare SSA copy 与 source 共享 allocation，并让每个注册的 in-place result 与其 reused input 共享 allocation。这样可在任何 memory planner 观察 lifetime 或 PTOAS 发射 tile handle 之前消除 lowering 引入的类型漂移。

当没有可重定向的内容时（Compute 返回空）本 pass 是 no-op，并跳过 Orchestration 函数（无 TileType 变量）。

与 codegen 的关系

PTO codegen 把解析到同一物理 MemRef window（base + byte_offset + size + pipeline-slot 元数据）的变量渲染成同一个 tile_buf handle，因此本 pass 之后, 循环累加器会发出原地的 pto.tadd ins(%acc, %t) outs(%acc)，而不是写到独立的 %acc_next。 memory_planner=DSA_RP 会把每个所得分配身份变成一个 DSA buffer； memory_planner=PTOAS 则让 codegen 不带物理地址发射该身份，交给 ptoas PlanMemory。 参见 PTO 代码生成 — 由谁规划内存。

说明

  • view / 部分 view 保留各自的 byte_offset/size 元数据。在 DSA_RP 下，共享 同一 base 的所有成员属于同一个物理分配；规划器整体移动该分配，并在回写时保留 每个成员的相对偏移。仅共享 base 不足以建立 must-alias 关系：互不相交的 byte window 和不同 pipeline slot 会保持独立，直到 producer 被安全地重定向到精确的 canonical window。
  • 在默认（PYPTO）流水线里,本 pass 加上 MemoryReuse 组合起来等于原来单个 MemoryReuse pass 的行为。
  • DSA_RP 与 PTOAS 都跳过这里的机会性 MemRef 合并；二者都不能撤销本 pass 建立的强制别名关系。
  • accumulator-phi 规范化会在 lifetime planning 之前对所有 memory planner 运行。 legacy PYPTO 路径在机会性 reuse 之后会再运行一次，因为 reuse 可能引入新的 carry/phi mismatch。
  • 新的 matmul accumulator 推荐使用单个 tile.matmul_acc(..., init_cond=...)。为兼容已有手写 kernel，peeled matmul/matmul_acc 分支仍受支持，并由本 pass 规范化。