快捷導(dǎo)航

詳解如何使用Pytorch進(jìn)行多卡訓(xùn)練

更新時(shí)間：2023年04月21日 10:54:39 作者：實(shí)力

這篇文章主要為大家介紹了使用Pytorch進(jìn)行多卡訓(xùn)練的實(shí)現(xiàn)方法詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

Python PyTorch深度學(xué)習(xí)框架

PyTorch是一個(gè)基于Python的深度學(xué)習(xí)框架，它支持使用CPU和GPU進(jìn)行高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。

在大規(guī)模任務(wù)中，需要使用多個(gè)GPU來加速訓(xùn)練過程。

數(shù)據(jù)并行

“數(shù)據(jù)并行”是一種常見的使用多卡訓(xùn)練的方法，它將完整的數(shù)據(jù)集拆分成多份，每個(gè)GPU負(fù)責(zé)處理其中一份，在完成前向傳播和反向傳播后，把所有GPU的誤差累積起來進(jìn)行更新。數(shù)據(jù)并行的代碼結(jié)構(gòu)如下：

import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torch.utils.data as data
import torch.distributed as dist
import torch.multiprocessing as mp
# 定義網(wǎng)絡(luò)模型
class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 32, kernel_size=5)
        self.relu = nn.ReLU()
        self.pool = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)
        self.fc1 = nn.Linear(4608, 64)
        self.fc2 = nn.Linear(64, 10)
    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)
        x = self.relu(x)
        x = self.pool(x)
        x = x.view(-1, 4608)
        x = self.fc1(x)
        x = self.relu(x)
        x = self.fc2(x)
        return x
# 定義訓(xùn)練函數(shù)
def train(gpu, args):
    rank = gpu
    dist.init_process_group(backend='nccl', init_method='env://', world_size=args.world_size, rank=rank)
    torch.cuda.set_device(gpu)
    train_loader = data.DataLoader(...)
    model = Net()
    model = nn.parallel.DistributedDataParallel(model, device_ids=[gpu])
    criterion = nn.CrossEntropyLoss()
    optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)
    for epoch in range(args.epochs):
        epoch_loss = 0.0
        for i, (inputs, labels) in enumerate(train_loader):
            inputs, labels = inputs.cuda(), labels.cuda()
            optimizer.zero_grad()
            outputs = model(inputs)
            loss = criterion(outputs, labels)
            loss.backward()
            optimizer.step()
            epoch_loss += loss.item()
        print('GPU %d Loss: %.3f' % (gpu, epoch_loss))
# 主函數(shù)
if __name__ == '__main__':
    mp.set_start_method('spawn')
    args = parser.parse_args()
    args.world_size = args.num_gpus * args.nodes
    mp.spawn(train, args=(args,), nprocs=args.num_gpus, join=True)

首先，我們需要在主進(jìn)程中使用torch.distributed.launch啟動(dòng)多個(gè)子進(jìn)程。每個(gè)子進(jìn)程被分配一個(gè)GPU，并調(diào)用train函數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練。

在train函數(shù)中，我們初始化進(jìn)程組，并將模型以及優(yōu)化器包裝成DistributedDataParallel對(duì)象，然后像CPU上一樣訓(xùn)練模型即可。在數(shù)據(jù)并行的過程中，模型和優(yōu)化器都會(huì)被復(fù)制到每個(gè)GPU上，每個(gè)GPU只負(fù)責(zé)處理一部分的數(shù)據(jù)。所有GPU上的模型都參與誤差累積和梯度更新。

模型并行

“模型并行”是另一種使用多卡訓(xùn)練的方法，它將同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成多段，不同段分布在不同的GPU上。每個(gè)GPU只運(yùn)行其中的一段網(wǎng)絡(luò)，并利用前后傳播相互連接起來進(jìn)行訓(xùn)練。代碼結(jié)構(gòu)如下：

import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torch.multiprocessing as mp
import torch.distributed as dist
# 定義模型段
class SubNet(nn.Module):
    def __init__(self, in_features, out_features):
        super(SubNet, self).__init__()
        self.linear = nn.Linear(in_features, out_features)
    def forward(self, x):
        return self.linear(x)
# 定義整個(gè)模型
class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.subnets = nn.ModuleList([
            SubNet(1024, 512),
            SubNet(512, 256),
            SubNet(256, 100)
        ])
    def forward(self, x):
        for subnet in self.subnets:
            x = subnet(x)
        return x
# 定義訓(xùn)練函數(shù)
def train(subnet_id, args):
    dist.init_process_group(backend='nccl', init_method='env://', world_size=args.world_size, rank=subnet_id)
    torch.cuda.set_device(subnet_id)
    train_loader = data.DataLoader(...)
    model = Net().cuda()
    criterion = nn.CrossEntropyLoss()
    optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)
    for epoch in range(args.epochs):
        epoch_loss = 0.0
        for i, (inputs, labels) in enumerate(train_loader):
            inputs, labels = inputs.cuda(), labels.cuda()
            optimizer.zero_grad()
            outputs = model(inputs)
            loss = criterion(outputs, labels)
            loss.backward(retain_graph=True)  # 梯度保留，用于后續(xù)誤差傳播
            optimizer.step()
            epoch_loss += loss.item()
        if subnet_id == 0:
            print('Epoch %d Loss: %.3f' % (epoch, epoch_loss))
# 主函數(shù)
if __name__ == '__main__':
    mp.set_start_method('spawn')
    args = parser.parse_args()
    args.world_size = args.num_gpus * args.subnets
    tasks = []
    for i in range(args.subnets):
        tasks.append(mp.Process(target=train, args=(i, args)))
    for task in tasks:
        task.start()
    for task in tasks:
        task.join()

在模型并行中，網(wǎng)絡(luò)被分成多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，并且每個(gè)GPU運(yùn)行一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。在訓(xùn)練期間，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的輸出會(huì)作為下一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的輸入。這需要在誤差反向傳播時(shí)，將不同GPU上計(jì)算出來的梯度加起來，并再次分發(fā)到各個(gè)GPU上。

在代碼實(shí)現(xiàn)中，我們定義了三個(gè)子網(wǎng)（SubNet），每個(gè)子網(wǎng)有不同的輸入輸出規(guī)模。在train函數(shù)中，我們初始化進(jìn)程組和模型，然后像CPU上一樣進(jìn)行多次迭代訓(xùn)練即可。在反向傳播時(shí)，將梯度保留并設(shè)置retain_graph為True，用于后續(xù)誤差傳播。

以上就是詳解如何使用Pytorch進(jìn)行多卡訓(xùn)練的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Pytorch進(jìn)行多卡訓(xùn)練的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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