Host&Device异构

Ascend GPU 分布式并行 全流程

概述

在深度学习中，工作人员时常会遇到超大模型的训练问题，即模型参数所占内存超过了设备内存上限。为高效地训练超大模型，一种方案便是分布式并行训练，也就是将工作交由同构的多个加速器（如Ascend 910 AI处理器，GPU等）共同完成。但是这种方式在面对几百GB甚至几TB级别的模型时，所需的加速器过多。而当从业者实际难以获取大规模集群时，这种方式难以应用。另一种可行的方案是使用主机端（Host）和加速器（Device）的混合训练模式。此方案同时发挥了主机端内存大和加速器端计算快的优势，是一种解决超大模型训练较有效的方式。

在MindSpore中，用户可以将待训练的参数放在主机，同时将必要算子的执行位置配置为主机，其余算子的执行位置配置为加速器，从而方便地实现混合训练。此教程以推荐模型Wide&Deep为例，讲解MindSpore在主机和Ascend 910 AI处理器的混合训练。

准备工作

准备模型代码。Wide&Deep的代码可参见：https://gitee.com/mindspore/models/tree/r1.5/official/recommend/wide_and_deep，其中，train_and_eval_auto_parallel.py为训练的主函数所在，src/目录中包含Wide&Deep模型的定义、数据处理和配置信息等，script/目录中包含不同配置下的训练脚本。
准备数据集。请参考[1]中的链接下载数据集，并利用脚本src/preprocess_data.py将数据集转换为MindRecord格式。

配置处理器信息。在裸机环境（即本地有Ascend 910 AI 处理器）进行分布式训练时，需要配置加速器信息文件。此样例只使用一个加速器，故只需配置包含0号卡的rank_table_1p_0.json文件（每台机器的具体的IP信息不同，需要查看网络配置来设定，此为示例），如下所示：

{
     "version": "1.0",
     "server_count": "1",
     "server_list": [
         {
             "server_id":"10.*.*.*",
             "device": [
                      {"device_id":"0","device_ip":"192.1.113.246","rank_id":"0"}],
             "host_nic_ip":"reserve"
         }
     ],
     "status": "completed"
 }

配置混合执行

配置混合训练标识。在default_config.yaml文件中，设置host_device_mix默认值为1：
```
host_device_mix: 1
```
检查必要算子和优化器的执行位置。在src/wide_and_deep.py的WideDeepModel类中，检查EmbeddingLookup为主机端执行：
```
self.deep_embeddinglookup = nn.EmbeddingLookup()
self.wide_embeddinglookup = nn.EmbeddingLookup()
```
在src/wide_and_deep.py文件的class TrainStepWrap(nn.Cell)中，检查两个优化器主机端执行的属性。
```
self.optimizer_w.target = "CPU"
self.optimizer_d.target = "CPU"
```

训练模型

使用训练脚本script/run_auto_parallel_train.sh。执行命令：bash run_auto_parallel_train.sh 1 1 DATASET RANK_TABLE_FILE，其中第一个1表示用例使用的卡数，第二1表示训练的epoch数，DATASET是数据集所在路径，RANK_TABLE_FILE为上述rank_table_1p_0.json文件所在路径。

运行日志保存在device_0目录下，其中loss.log保存一个epoch内中多个loss值，其值类似如下：

epoch: 1 step: 1, wide_loss is 0.6873926, deep_loss is 0.8878349
epoch: 1 step: 2, wide_loss is 0.6442529, deep_loss is 0.8342661
epoch: 1 step: 3, wide_loss is 0.6227323, deep_loss is 0.80273706
epoch: 1 step: 4, wide_loss is 0.6107221, deep_loss is 0.7813441
epoch: 1 step: 5, wide_loss is 0.5937832, deep_loss is 0.75526017
epoch: 1 step: 6, wide_loss is 0.5875453, deep_loss is 0.74038756
epoch: 1 step: 7, wide_loss is 0.5798845, deep_loss is 0.7245408
epoch: 1 step: 8, wide_loss is 0.57553077, deep_loss is 0.7123517
epoch: 1 step: 9, wide_loss is 0.5733629, deep_loss is 0.70278376
epoch: 1 step: 10, wide_loss is 0.566089, deep_loss is 0.6884129

test_deep0.log保存pytest进程输出的详细的运行时日志（需要将日志级别设置为INFO，且在MindSpore编译时加上-p on选项），搜索关键字EmbeddingLookup，可找到如下信息：

[INFO] DEVICE(109904,python3.7):2020-06-27-12:42:34.928.275 [mindspore/ccsrc/device/cpu/cpu_kernel_runtime.cc:324] Run] cpu kernel: Default/network-VirtualDatasetCellTriple/_backbone-NetWithLossClass/network-WideDeepModel/EmbeddingLookup-op297 costs 3066 us.
[INFO] DEVICE(109904,python3.7):2020-06-27-12:42:34.943.896 [mindspore/ccsrc/device/cpu/cpu_kernel_runtime.cc:324] Run] cpu kernel: Default/network-VirtualDatasetCellTriple/_backbone-NetWithLossClass/network-WideDeepModel/EmbeddingLookup-op298 costs 15521 us.

表示EmbeddingLookup在主机端的执行时间。继续在test_deep0.log搜索关键字FusedSparseFtrl和FusedSparseLazyAdam，可找到如下信息：

[INFO] DEVICE(109904,python3.7):2020-06-27-12:42:35.422.963 [mindspore/ccsrc/device/cpu/cpu_kernel_runtime.cc:324] Run] cpu kernel: Default/optimizer_w-FTRL/FusedSparseFtrl-op299 costs 54492 us.
[INFO] DEVICE(109904,python3.7):2020-06-27-12:42:35.565.953 [mindspore/ccsrc/device/cpu/cpu_kernel_runtime.cc:324] Run] cpu kernel: Default/optimizer_d-LazyAdam/FusedSparseLazyAdam-op300 costs 142865 us.

表示两个优化器在主机端的执行时间。

参考文献

[1] Huifeng Guo, Ruiming Tang, Yunming Ye, Zhenguo Li, Xiuqiang He. DeepFM: A Factorization-Machine based Neural Network for CTR Prediction. IJCAI 2017.