谷歌大腦和DeepMind聯(lián)合發(fā)布堪稱AI界的MapReduce

【新智元導(dǎo)讀】AI模型進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，單機(jī)早已不能滿足訓(xùn)練模型的要求，最近Google Brain和DeepMind聯(lián)手發(fā)布了一個(gè)可以分布式訓(xùn)練模型的框架Launchpad，堪稱AI界的MapReduce。

正如吳恩達(dá)所言，當(dāng)代機(jī)器學(xué)習(xí)算法的成功很大程度上是由于模型和數(shù)據(jù)集大小的增加，在大規(guī)模數(shù)據(jù)下進(jìn)行分布式訓(xùn)練也逐漸變得普遍，而如何在大規(guī)模數(shù)據(jù)、大模型的情況下進(jìn)行計(jì)算，還是一個(gè)挑戰(zhàn)。

分布式學(xué)習(xí)過(guò)程也會(huì)使實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜化，這對(duì)于許多不熟悉分布式系統(tǒng)機(jī)制的機(jī)器學(xué)習(xí)從業(yè)者來(lái)說(shuō)是個(gè)問(wèn)題，尤其是那些具有復(fù)雜通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的機(jī)器學(xué)習(xí)從業(yè)者。

在arxiv上一篇新論文中，來(lái)自 DeepMind 和 Google Brain 的研究團(tuán)隊(duì)用 Launchpad 解決了這個(gè)問(wèn)題，Launchpad 是一種編程模型，它簡(jiǎn)化了定義和啟動(dòng)分布式計(jì)算實(shí)例的過(guò)程。

論文的第一作者是來(lái)自DeepMind的華人Yang Fan，畢業(yè)于香港中文大學(xué)。

Launchpad 將分布式系統(tǒng)的拓?fù)涿枋鰹橐粋€(gè)圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都代表一個(gè)服務(wù)，即研究人員正在運(yùn)行的基本計(jì)算單元。

將句柄構(gòu)造為節(jié)點(diǎn)的引用，將客戶端表示為尚未構(gòu)造的服務(wù)。

圖的邊表示兩個(gè)服務(wù)之間的通信，并在構(gòu)建時(shí)將與一個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的句柄給予另一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)創(chuàng)建。

通過(guò)這種方式，Launchpad 可以通過(guò)傳遞節(jié)點(diǎn)句柄來(lái)定義跨服務(wù)通信。Launchpad 的計(jì)算構(gòu)建塊由不同的服務(wù)類型表示，每種服務(wù)類型由特定于該類型的節(jié)點(diǎn)和句柄類表示。

論文中提出的 Launchpad 的生命周期可以分為三個(gè)階段： 設(shè)置、啟動(dòng)和執(zhí)行。設(shè)置階段構(gòu)造程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu); 在啟動(dòng)階段，處理這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以分配資源、地址等，并啟動(dòng)指定服務(wù); 然后執(zhí)行階段運(yùn)行服務(wù)，例如為服務(wù)通信創(chuàng)建客戶端。

Launchpad 是用流行的編程語(yǔ)言 Python 實(shí)現(xiàn)的，它簡(jiǎn)化了定義程序和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及為單個(gè)平臺(tái)啟動(dòng)的過(guò)程。Launchpad 框架還可以很容易地用任何其他宿主語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，包括 c/c + + 等低級(jí)編程語(yǔ)言。

Launchpad 編程模型非常豐富，足以容納各種各樣的分布式系統(tǒng)，包括參數(shù)服務(wù)器、 MapReduce和 Evolution Strategies。

研究人員用簡(jiǎn)潔的代碼詳細(xì)描述了如何將 Launchpad 應(yīng)用到這些常見(jiàn)的分布式系統(tǒng)范例中，并說(shuō)明了該框架在簡(jiǎn)化本研究領(lǐng)域常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和組件的設(shè)計(jì)過(guò)程方面的能力。

總的來(lái)說(shuō)，Launchpad 是一個(gè)實(shí)用的、用戶友好的、表達(dá)性強(qiáng)的框架，用于機(jī)器學(xué)習(xí)研究人員和實(shí)踐者詳細(xì)說(shuō)明分布式系統(tǒng)，作者表示，這個(gè)框架能夠處理日益復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。其他框架

2020年，DeepMind 發(fā)布過(guò)一個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化框架Acme，可以讓AI驅(qū)動(dòng)的智能體在不同的執(zhí)行規(guī)模上運(yùn)行，從而簡(jiǎn)化強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)可以讓智能體與環(huán)境互動(dòng)，生成他們自己的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，這在電子游戲、機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)駕駛機(jī)器人出租車等領(lǐng)域取得了突破。

隨著所使用的訓(xùn)練數(shù)據(jù)量的增加，這促使設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，使智能體與環(huán)境實(shí)例相互作用，迅速積累經(jīng)驗(yàn)。DeepMind 斷言，將算法的單進(jìn)程原型擴(kuò)展到分布式系統(tǒng)通常需要重新實(shí)現(xiàn)相關(guān)的智能體，這就是 Acme 框架的用武之地。

DeepMind研究員寫(xiě)道，「Acme 是一個(gè)用于構(gòu)建可讀、高效、面向研究的 RL 算法的框架。Acme 的核心是設(shè)計(jì)用于簡(jiǎn)單描述 RL 智能體，這些智能體可以在不同規(guī)模的執(zhí)行中運(yùn)行，包括分布式智能體?！?/p>

Determined AI也是一個(gè)深度學(xué)習(xí)神器。Determined使深度學(xué)習(xí)工程師可以集中精力大規(guī)模構(gòu)建和訓(xùn)練模型，而無(wú)需擔(dān)心DevOps，或者為常見(jiàn)任務(wù)（如容錯(cuò)或?qū)嶒?yàn)跟蹤）編寫(xiě)代碼。更快的分布式訓(xùn)練，智能的超參優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)跟蹤和可視化。

一萬(wàn)億模型要來(lái)了？谷歌大腦和DeepMind聯(lián)手發(fā)布分布式訓(xùn)練框架Launchpad

Determined主要運(yùn)用了Horovod，以Horovod為起點(diǎn)，研究人員運(yùn)用了多年的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，使得整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程比庫(kù)存配置要快得多。

Horovod 是一套面向TensorFlow 的分布式訓(xùn)練框架，由Uber 構(gòu)建并開(kāi)源，目前已經(jīng)運(yùn)行于Uber 的Michelangelo 機(jī)器學(xué)習(xí)即服務(wù)平臺(tái)上。Horovod 能夠簡(jiǎn)化并加速分布式深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目的啟動(dòng)與運(yùn)行。當(dāng)數(shù)據(jù)較多或者模型較大時(shí)，為提高機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練效率，一般采用多 GPU 的分布式訓(xùn)練。TensorFlow 集群存在諸多缺點(diǎn)，如概念太多、學(xué)習(xí)曲線陡峭、修改的代碼量大、性能損失較大等，而 Horovod 則讓深度學(xué)習(xí)變得更加美好，隨著規(guī)模增大，Horovod 性能基本是線性增加的，損失遠(yuǎn)小于 TensorFlow。

2019年，字節(jié)跳動(dòng)AI lab開(kāi)源了一款高性能分布式框架BytePS，在性能上顛覆了過(guò)去幾年allreduce流派一直占據(jù)上風(fēng)的局面，超出目前其他所有分布式訓(xùn)練框架一倍以上的性能，且同時(shí)能夠支持Tensorflow、PyTorch、MXNet等開(kāi)源庫(kù)。

BytePS 提供了 TensorFlow、PyTorch、 MXNet 以及Keras的插件，用戶只要在代碼中引用BytePS的插件，就可以獲得高性能的分布式訓(xùn)練。BytePS的核心邏輯，則實(shí)現(xiàn)在BytePS core里。具體的通信細(xì)節(jié)，完全由BytePS完成，用戶完全不需要操心。

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