一、背景介绍

Faiss是一个高效的相似性搜索和密集向量聚类库。本项目致力于实现Faiss在华为昇腾NPU、鲲鹏CPU和EulerOS操作系统上的部署演示. 主要目的是通过不同的索引类型,探索在给定查询和评估准则下的最佳性能点,本文将介绍在华为的Ascend NPU上配置Faiss项目的详细开发步骤、遇到的问题和解决方案, 以及心得总结。

项目源地址: https://github.com/facebookresearch/faiss/tree/main

二、开发步骤

一、进行鲲鹏CPU适配

1.购买华为云虚拟私有云VPC和弹性云服务器ECS

详解教程参考链接：https://support.huaweicloud.cn/qs-ecs/ecs_01_0103.html 已有忽略

2.环境搭建

python版本为: 3.9

代码拉取:

git clone https://github.com/facebookresearch/faiss.git
​
cd faiss.git

安装faiss向量数据库

使用Anaconda安装使用faiss是最方便快速的方式，facebook会及时推出faiss的新版本conda安装包，在conda安装时会自行安装所需的libgcc, mkl, numpy模块。

pip install faiss-cpu

从源码安装 : Faiss可以使用CMake来源地构建。

cmake版本为 3.24.0

#下载faiss源码

 git clone https://github.com/facebookresearch/faiss.git
 #进入faiss目录，建立build文件夹
 cd faiss
 mkdir build
 #开始编译，不编译GPU
 cmake -B build . -DFAISS_ENABLE_GPU=OFF -DBUILD_SHARED_LIBS=ON
 make -C build -j faiss
 sudo make -C build install

运行官方验证代码 官方验证代码地址: https://github.com/facebookresearch/faiss/wiki/Getting-started

若出现以下结果，恭喜你，faiss的基本安装已经完成！

3.下载数据集

数据集地址: https://huggingface.co/datasets/qbo-odp/sift1m/tree/main 下载下面四个数据集

4. 准备测试

鲲鹏环境部署：

运行如下命令

python demo_auto_tune.py

官方文档地址：

https://github.com/facebookresearch/faiss/blob/main/demos/demo_auto_tune.py

运行测试文件：python demo_auto_tune.py

运行结果：

1. 打印load data、 load GT、prepare criterion等提示信息， 表明数据加载和评价准则准备等阶段的开始，针对每个索引配置进行处理时，============key<索引配置的信息>，提示正在处理的索引配置。

2. 展示训练与添加数据、探索操作点以及展示结果操作点这些步骤花费的时间，时间精度到小数点后3位，有助于了解各步骤的耗时情况。

3. 每个索引配置探索操作点后， 展示该索引配置对应的操作点详细信息，包括召回率、搜索时间等指标的具体数值，展示该索引在不同设置下的性能表现。

4. 展示综合所有已测试索引配置后得到的最终最佳操作点信息，从整体上对比不同索引配置下的最优性能情况。

二、进行昇腾npu适配

npu环境

昇腾环境： 芯片类型：昇腾910B3 CANN版本：CANN 7.0.1.5 驱动版本：23.0.6 操作系统：Huawei Cloud EulerOS 2.0

1. 查看npu硬件信息

如果 Health 状态为 OK，说明 NPU 和 CANN 正常运行。

2. 在 demo_auto_tune.py 中加入

官方文档地址：

https://github.com/facebookresearch/faiss/blob/main/demos/demo_auto_tune.py

import torch
import torch_npu
from torch_npu.contrib import transfer_to_npu

3. 准备测试

然后编译运行指令不指定运行设备, 这个会自动使用NPU运行, 这个是因为代码中默认使用cuda运行, 但是使用了自动迁移, 所以会从cuda迁移到NPU上。 运行命令: python demo_auto_tune.py

运行结果：

1. 打印load data、 load GT、prepare criterion等提示信息， 表明数据加载和评价准则准备等阶段的开始，针对每个索引配置进行处理时，============key<索引配置的信息>，提示正在处理的索引配置。

2. 展示训练与添加数据、探索操作点以及展示结果操作点这些步骤花费的时间，时间精度到小数点后3位，有助于了解各步骤的耗时情况。

3. 每个索引配置探索操作点后， 展示该索引配置对应的操作点详细信息，包括召回率、搜索时间等指标的具体数值，展示该索引在不同设置下的性能表现。

4. 展示综合所有已测试索引配置后得到的最终最佳操作点信息，从整体上对比不同索引配置下的最优性能情况。

三、遇到的问题和解决方法

问题1: 运行轮次较多, 且每次运行都会对每种索引执行 索引创建 训练索引 添加数据 参数探索 操作点记录 导致运行时间较长, 报错点不易查找。

解决方法: 运行测试命令时, 添加打印日志命令, 可以在日志文件中查找到具体的报错信息,并加以修改。

问题2: cmake-3.19.3版本过低, 算子尚未兼容, 提高cmake版本

解决方法: 下载预编译的CMake二进制包cmake-3.24.0.tar.gz, 解压包文件 tar -xvf cmake-3.24.0

问题3: torch版本过高, 算子尚未兼容, 降低torch版本

解决方法:  pip install torch==2.1.0 torch_npu==2.1.0

四、心得总结

在整个适配过程中, 遇到了多个技术挑战, 主要问题还是环境配置相关问题, 通过根据报错信息理解和做出相应的修改、打印日志等方法去解决。以上主要是围绕faiss库进行向量索引的构建、训练、操作点的探索及结果展示，对比不同索引配置在给定数据集和评价准则下的性能优劣，帮助用户选择合适的索引方案用于实际的向量检索任务。希望这些经验可以帮助到其他开发者在类似环境中顺利部署和运行Faiss项目。