AgentKernelArena: Generalization-Aware Benchmarking of GPU Kernel Optimization Agents
Sharareh Younesian, Wenwen Ouyang, Sina Rafati, Mehdi Rezagholizadeh, Sharon Zhou, Ji Liu, Yue Liu, Yuchen Yang, Hao Li, Ziqiong Liu, Dong Li, Vikram Appia, Zhenyu Gu, Emad Barsoum
arXiv:2605.16819 · 2026-05-19 공개 · arXiv · PDF
code-generation agent-evaluation benchmark-framework triton-to-triton pytorch-to-hip unseen-configuration correctness-checks performance-evaluation
Abstract
GPU kernel optimization is increasingly critical for efficient deep learning systems, but writing high-performance kernels still requires substantial low-level expertise. Recent AI coding agents can iteratively read code, invoke compilers and profilers, and refine implementations, yet existing kernel benchmarks evaluate single LLM calls rather than full agent workflows, and none include both kernel-to-kernel optimization and unseen-configuration generalization testing. We present AgentKernelArena, an open-source benchmark for measuring AI coding agents on GPU kernel optimization. The benchmark contains 196 tasks spanning HIP-to-HIP optimization, Triton-to-Triton optimization, and PyTorch-to-HIP translation, and evaluates complete agent workflows in isolated workspaces using gated compilation, correctness, and performance checks, centralized scoring and an unseen-configuration generalization protocol that tests whether optimizations transfer to input configurations the agent never observed. Across production agents including Cursor Agent, Claude Code, and Codex Agent, we find near-perfect compilation and high correctness rates on most task categories, with the strongest configurations achieving mean speedups of up to 6.89x on PyTorch-to-HIP, 6.69x on HIP-to-HIP, and 2.13x on Triton-to-Triton tasks. Our unseen-configuration evaluation shows that HIP-to-HIP and Triton-to-Triton optimizations largely transfer to unseen input shapes, while PyTorch-to-HIP exhibits substantial correctness drops, indicating that agents generating kernels from scratch frequently hardcode shape-specific assumptions. AgentKernelArena is designed as a modular, extensible framework for rigorous evaluation of agentic GPU kernel optimization across agents, tasks, and hardware targets.
한국어 요약
📋 한 줄 요약
**[코딩 에이전트 / GPU 커널]** GPU 커널 최적화 에이전트의 전체 워크플로와 미관측 구성 일반화를 측정하는 196 태스크 오픈소스 벤치마크 AgentKernelArena 제안.
🎯 핵심 기여도
- AI 코딩 에이전트가 코드를 반복적으로 읽고 컴파일러·프로파일러를 호출하며 구현을 개선할 수 있게 됐지만, 기존 커널 벤치마크가 단발 LLM 호출만 평가하고 미관측 구성 일반화 테스트가 없다는 공백 정의.
- HIP-to-HIP, Triton-to-Triton, PyTorch-to-HIP 세 카테고리에 걸친 196개 태스크의 종합 벤치마크 AgentKernelArena 도입.
- 격리된 워크스페이스에서 게이팅된 컴파일·정확성·성능 체크와 중앙화된 채점, 미관측 입력 구성으로의 일반화 프로토콜을 갖춘 전체 에이전트 워크플로 평가.
- Cursor Agent, Claude Code, Codex Agent 등 프로덕션 에이전트 평가에서 거의 완벽한 컴파일과 높은 정확성을 보이며, 최강 구성이 PyTorch-to-HIP 6.89×, HIP-to-HIP 6.69×, Triton-to-Triton 2.13× 평균 가속을 달성.
💡 핵심 아이디어
"AI가 GPU 커널을 잘 짠다"는 주장은 단일 호출의 정확도가 아니라 컴파일→실행→측정→재시도라는 전체 에이전트 워크플로와, 학습한 적 없는 입력 구성에서의 견고성으로 측정되어야 한다.
🔬 기술적 접근법
- **모델/방법론**: 격리 워크스페이스에서 전체 에이전트 워크플로를 평가하는 모듈형 확장 가능 벤치마크.
- **핵심 기법**: 컴파일/정확성/성능 게이트, 중앙화된 채점, 미관측 입력 구성 일반화 프로토콜, HIP-to-HIP·Triton-to-Triton·PyTorch-to-HIP 세 가지 태스크 카테고리.
📊 주요 결과
- 대부분 카테고리에서 거의 완벽한 컴파일·높은 정확성.
- 최강 구성 평균 가속: PyTorch-to-HIP 6.89×, HIP-to-HIP 6.69×, Triton-to-Triton 2.13×.
- HIP-to-HIP·Triton-to-Triton은 미관측 입력 모양으로 최적화가 대체로 전이.
- PyTorch-to-HIP는 미관측 구성에서 큰 폭의 정확성 저하 — 처음부터 커널을 생성하는 에이전트가 shape-specific 가정을 하드코딩하는 경향.
💭 의의 및 한계
**의의**: 에이전트 기반 GPU 커널 최적화 평가의 엄밀한 표준을 제시하고, 일반화라는 실용 핵심 축을 도입. **한계**: 현재 HIP 중심으로 다른 가속기·태스크로의 확장은 후속 과제, 196 태스크의 도메인 분포가 산업 워크로드 전체를 대표한다는 보장은 없음.
🚀 실용적 활용
- 코딩 에이전트의 GPU 최적화 능력 비교 표준.
- 실제 배포 전 에이전트 일반화 위험 진단.
- 새 가속기·DSL 도입 시 에이전트 도구 평가 인프라.