jax.extend：一个用于扩展的模块#
@froystig, @sharadmv, @jakevdp, @yashk2810
2023 年 5 月
import jax.extend as jex
有几个项目依赖于 JAX 的代码库内部，通常是为了使用其核心机制（例如，在其 IR 上编写转换）或扩展它（例如，定义新的原语）。这些依赖关系的两个挑战是 (a) 我们的内部组件并非都为外部使用而设计，以及 (b) 规避 JAX 的公共 API 是不支持的。换句话说，我们的内部组件通常像库一样使用，但它们的结构和更新方式都不像库。
本提案考虑引入一个 jax.extend 模块，该模块定义了 JAX 的一些内部组件的库视图。我们会将其视为第二层 API，仍然基本保证没有兼容性策略，但希望在发生更改时更容易发现。
jax.extend 的受众包括 JAX 相关的 Python 库，如 Oryx、jax-triton 等等，以及试验函数转换、自动微分系统、数值编程编译器前端等的项目。
本说明概述了 jax.extend 的可能外观，包括现在和最终的样子。它没有详细展开，而是建议我们开始对该模块进行迭代开发。
请注意，jax.extend 与 jax.experimental 不同，后者是正在进行中的新特性和想法的试验场。通常，jax.experimental 中的工作最终会进入另一个 JAX 模块或被完全移除。
无兼容性策略#
为了保持较低的开发开销，jax.extend 将不遵循公开的 API 兼容性策略。它不承诺弃用窗口或版本之间的向后兼容性。每个版本都可能破坏现有的调用者，而没有简单的补救措施（例如，没有一个标志可以重新引入先前的行为）。我们将依靠变更日志来指出这些更改。
需要随着 JAX 版本定期升级代码的 jax.extend 调用者可能会发现，在版本之间将 JAX 版本固定下来作为中间步骤很有用。这是当今依赖 JAX 内部项目的常见习惯。不同之处在于，现在它将伴随着变更日志公告以及关于库设计和命名的更好意图。
迭代开发#
没有兼容性策略使得开始实施更容易：在第一天，我们可以从内部包（如 jax._src）和今天的 jax.core 以及 jax.interpreters 中移动一些符号。然后我们可以迭代改进。
可能的模块概述#
我们可以想象，最终 jax.extend 将包括以下模块
core– 原语、Jaxpr IR 等。interpreters– 核心转换（例如，自动微分、批处理）和降级。random– 随机位生成、密钥拆分和折叠、密钥数组。sharding– 关于分布式数组的额外功能。
最初，我们可能在该模块中还有其他符号，例如 jex.api_util，因为我们致力于删除或替换它们。其他符号将在未来决定。例如，jex.lib 可以提供 jaxlib 的入口点（并且在短期内会这样做），但我们是否要长期保留它尚不清楚。
下面是一些关于这些模块可能包含内容的初步想法。
jax.extend.core#
这应该使调用者至少能够定义新的 JAX 原语并处理 Jaxpr IR（jax.make_jaxpr(...) 的输出）。支持此功能可能涉及提供
访问现有的核心系统原语，例如今天的
jax._src.lax.add_p。访问 IR 类型，例如当前的
jax._src.core.ShapedArray。用于检查和漂亮打印 jaxpr 的函数。
用于显式构建 jaxpr 的函数，而不是通过
jax.make_jaxpr暂存 Python 函数（或不暂存！）。
在初始化时，该模块将包含比定义原语和规则所需的更多的符号，包括在设置“最终样式转换”中使用的各种名称，例如当前的 jax._src.core.Trace 和 Tracer 类。我们可以重新考虑 jex.core 是否也应该支持最终样式扩展以及初始样式方法，以及它是否可以通过比完全公开 Trace 和 Tracer 更窄的 API 来做到这一点。Oryx 可能会帮助指导这些决策。
我们还可以考虑将 make_jaxpr 本身重定位到 jex.core。
jax.extend.interpreters#
该模块将提供一种为原语注册各种转换规则的方法——定义它们在 AD、批处理、降级等下的行为。
它最初将反映 jax._src.interpreters，提供模块 ad、batching、partial_eval （用于将 Python 暂存到 Jaxpr，以及 AD 中的线性化）、mlir、pxla 和 xla。前三个可能会被 jex.core 中的单个原语扩展 API 替换。后三个用于降级的模块，可以简化为一个模块，也许吧。
今天，要编写转换规则，例如用于 AD 和批处理，调用者可能需要与跟踪器相关的符号，例如 JVPTracer 和 BatchTracer。这可能在以后可以避免，并允许我们从 jex 中删除跟踪器类型。
该模块加上 jex.core 应该足以复制今天的自定义原语教程（例如，我们的教程 和 dfm 的教程）。例如，定义一个原语及其在 jax.jit 下的行为是可能的，如下所示（在短期内）
from jax.extend import core # Previously: from jax import core
from jax.extend.interpreters import mlir # ... and similarly
mul_add_p = core.Primitive('mul_add')
mul_add_p.def_impl(lambda x, y, z: x * y + z)
@mul_add_p.def_abstract_eval
def mul_add_abstract(x_sa, y_sa, z_sa):
return core.ShapedArray(x_sa.shape, x_sa.dtype)
def mul_add_mlir(ctx, xc, yc, zc):
add = mlir.hlo.AddOp
mul = mlir.hlo.MulOp
return add(mul(xc, yc), zc).results
mlir.register_lowering(mul_add_p, mul_add_mlir)
import jax
print(mul_add_p.bind(2, 3, 4)) # -> 10
print(jax.jit(mul_add_p.bind)(2, 3, 4)) # -> Array(10, dtype=int32)
jax.extend.random#
该模块可以公开我们用于定义新的 RNG 实现的机制，以及用于处理 PRNG 密钥内部的函数（参见问题 #9263），例如当前的 jax._src.prng.random_wrap 和 random_unwrap。
它还可以公开构成内置 RNG 实现基础的键控哈希函数，例如 jax._src.prng.threefry_2x32。
jax.extend.sharding#
该模块可以公开用于分片分布式数组的低级实用程序。
我们现在只有一个想法。XLA 编译器的数组分片格式比 JAX 提供的那些格式更具表现力。我们可以将其作为 jex.sharding.XlaOpShardingProto 提供，对应于内部的 jax._src.lib.xla_client.OpSharding。