深入解析：“零”成本迁移：基于 CANN 8.0 生态的 PyTorch on NPU 910B 落地实践

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专栏

前言

在人工智能开发中，PyTorch 框架凭借其灵活性几乎“人手一份”。但当团队引入了全新的高性能 NPU 硬件（比如 Ascend 910B）时，一个尖锐的问题就摆在了桌面上：我们海量的 PyTorch 存量代码，难道都要推倒重来，用新框架重写一遍吗？这迁移成本谁受得了？

本文将基于 CANN 8.0 平台，实测一种“几乎零成本”的迁移路径，探讨 CANN 生态如何通过一个小小的 torch_npu 插件，让 PyTorch 代码在 NPU 910B 上“起飞”，真正解决这个“历史遗留问题”。

痛点与场景：当 PyTorch 遇到 NPU

在人工智能的浪潮下，PyTorch 以其灵活性和易用性，成为了众多算法工程师和研究者的首选框架。我们团队也不例外，积累了大量的 PyTorch 模型资产。

然而，当团队引入了搭载 Ascend 910B 的强大 NPU 计算资源时，一个现实问题摆在面前：

“我们这些 PyTorch 老代码，难道都要用 MindSpore 重写一遍才能跑在 NPU 上吗？这个迁移成本也太高了！”

这个问题的答案，就藏在 CANN 的生态里。

核心功能：CANN 生态的“桥梁”—— torch_npu

CANN (Compute Architecture for Neural Networks) 不仅仅是一个工具链，更是一个生态。它的强大之处在于兼容性和开放性。

针对我们的痛点，CANN 提供了 torch_npu 插件。它的作用非常明确：

• 它充当“翻译官”和“桥梁”。
• 它让 PyTorch 的 API 调用能够被 CANN 的底层运行时（AscendCL）所理解和执行。
• CANN 功能如何发挥作用：torch_npu 插件通过调用 CANN 的图编译、算子库、和执行引擎，将 PyTorch 的动态图（或静态图）无缝地在 NPU 芯片上跑起来。

这意味着，我们不需要重写代码，只需要“修改”代码。

环境确认与准备

工欲善其事，必先利其器。我们首先登录到平台，确认资源。

1. 确认 Notebook 资源

我们选择的环境配置如下，搭载了 NPU 910B 和 CANN 8.0。

2. 检查 NPU 状态

进入 Notebook 的 Terminal，执行 npu-smi info 命令，可以看到 NPU 910B 已经就绪。

3. 安装 torch_npu 插件

在 CANN 8.0 的环境中，安装对应的 PyTorch 和 torch_npu 插件非常简单：

# (环境里可能已经预装了，如果没有)
pip install torch
pip install torch_npu

落地实践：“5分钟”代码迁移

为了验证，我们从 PyTorch 官方仓库找一个经典的 ResNet-18 训练脚本。

1. 基线测试（Baseline：CPU）

我们先看看这个脚本在 CPU 模式下跑一个 epoch 要多久（不使用 NPU）。

原始代码（摘录）：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms
import time
print(f"PyTorch Version: {torch.__version__}")
print("--- Starting CPU Baseline Test (5 Epochs) ---")
# 1. 定义设备
device = torch.device("cpu") # 强制使用 CPU
print(f"Running on device: {device}")
# --- 数据准备 ---
BATCH_SIZE = 64
NUM_EPOCHS = 5 # <--- 改这里！跑 5 轮
transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor()])
train_dataset = torchvision.datasets.FakeData(
    size=1280,
    image_size=(3, 224, 224),
    num_classes=1000,
    transform=transform
)
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(
    train_dataset,
    batch_size=BATCH_SIZE,
    shuffle=True
)
# --- 模型、损失函数、优化器 ---
model = torchvision.models.resnet18().to(device)
model.train()
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.9)
print(f"Starting training loop for {NUM_EPOCHS} epochs...")
total_start_time = time.time() # 记录总时间
# 5. 训练循环 (跑 5 轮)
for epoch in range(NUM_EPOCHS):
    epoch_start_time = time.time() # 记录单轮时间
    for i, (data, target) in enumerate(train_loader):
        data, target = data.to(device), target.to(device)
        optimizer.zero_grad()
        output = model(data)
        loss = criterion(output, target)
        loss.backward()
        optimizer.step()
        # # 把批次日志注释掉，让 epoch 日志更清爽
        # if (i + 1) % 10 == 0:
        #     print(f'  Epoch [{epoch+1}/{NUM_EPOCHS}], Batch [{i+1}/{len(train_loader)}], Loss: {loss.item():.4f}')
    epoch_end_time = time.time()
    # --- 这就是你要的“多打一点 epoch 日志” ---
    print(f'Epoch [{epoch+1}/{NUM_EPOCHS}] Finished. Loss: {loss.item():.4f}. Time: {epoch_end_time - epoch_start_time:.2f}s')
total_end_time = time.time()
print(f"\n--- CPU Training Finished ---")
print(f"Total time for {NUM_EPOCHS} epochs on CPU: {total_end_time - total_start_time:.2f} seconds.")
print(f"Average time per epoch: {(total_end_time - total_start_time) / NUM_EPOCHS:.2f} seconds.")

这块出问题了，是我缺少库了～～～尴尬（别问我为什么写，因为经常缺）

运行结果： 慢。非常慢，真的很慢以至于我泡了一杯茶叶

• 这里面我同时记录了CPU

• 观察npu状态，已经起飞了

2. NPU 迁移（CANN 显神威）

现在，我们来施展“魔法”，把代码迁移到 NPU 上。

修改后的代码（摘录）：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms
import time
import torch_npu # <--- 魔法第1步：导入CANN插件
print(f"PyTorch Version: {torch.__version__}")
print("--- Starting NPU Performance Test (10 Epochs) ---") # 标题改成 NPU
# 1. 定义设备
# device = torch.device("cpu") # 注释掉
device = torch.device("npu:0") # <--- 魔法第2步：指定 NPU 0号卡
print(f"Running on device: {device}")
# --- 这就是被省略的 "..." 部分 (数据) ---
BATCH_SIZE = 64
NUM_EPOCHS = 10 # 同样跑 10 轮
transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor()])
train_dataset = torchvision.datasets.FakeData(
size=1280,
image_size=(3, 224, 224),
num_classes=1000,
transform=transform
)
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(
train_dataset,
batch_size=BATCH_SIZE,
shuffle=True
)
# --- 这也是被省略的 "..." 部分 (模型、损失等) ---
model = torchvision.models.resnet18().to(device) # <--- 魔法第3步：模型上 NPU
model.train() # 切换到训练模式
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.9)
# --- 省略部分结束 ---
print(f"Starting training loop for {NUM_EPOCHS} epochs...")
total_start_time = time.time()
# 5. 训练循环 (跑 10 轮)
for epoch in range(NUM_EPOCHS):
epoch_start_time = time.time()
for i, (data, target) in enumerate(train_loader):
data, target = data.to(device), target.to(device) # <--- 魔法第4步：数据上 NPU
optimizer.zero_grad()
output = model(data)
loss = criterion(output, target)
loss.backward()
optimizer.step()
epoch_end_time = time.time()
# 每 2 轮打印一次日志，和 CPU 版保持一致
if (epoch + 1) % 2 == 0:
print(f'Epoch [{epoch+1}/{NUM_EPOCHS}] Finished. Loss: {loss.item():.4f}. Time: {epoch_end_time - epoch_start_time:.2f}s')
total_end_time = time.time()
print(f"\n--- NPU Training Finished ---")
print(f"Total time for {NUM_EPOCHS} epochs on NPU: {total_end_time - total_start_time:.2f} seconds.")
print(f"Average time per epoch: {(total_end_time - total_start_time) / NUM_EPOCHS:.2f} seconds.")

修改总结：

我们只做了 3 处微小的改动！import 一次，修改 device 两次。这就是 CANN 生态兼容性的价值。

效果验证：起飞！

我们运行修改后的 train_npu.py 脚本，并同时打开 npu-smi 监控。

1. 训练日志：

速度起飞！

同样都是

2. NPU 监控：

在训练期间，npu-smi info 显示 NPU 正在“火力全开”。

• HBM (显存) 被占用了 8G。
• Utilization (利用率) 达到了 99%！
• 这证明 torch_npu 插件成功地将 PyTorch 的计算任务调度到了 NPU 910B 上。

性能对比

测试平台	平均每轮耗时	10 轮总耗时
CPU	28.71 秒	287.05 秒
NPU (910B)	1.50 秒	15.03 秒

总结：CANN 生态的价值

我们仅仅通过 CANN 生态提供的 torch_npu 插件，和 3 行代码的改动，就将一个原生的 PyTorch 项目无缝迁移到了 Ascend 910B 平台，并获得了近 19倍（28s 到1.5s）的性能提升（对比 CPU）。

这充分说明了 CANN 功能的发挥：它不仅仅是“工具”，更是“生态”。它降低了新硬件的准入门槛，保护了团队现有的技术资产，真正实现了“解放生产力”。