Как да използвате графични процесори NVIDIA за обучение с изкуствен интелект

Как да използвате графични процесори NVIDIA за обучение с изкуствен интелект

Кратък отговор: Използвайте NVIDIA графични процесори за обучение на AI, като първо потвърдите, че драйверът и графичният процесор са видими с nvidia-smi , след това инсталирате съвместим framework/CUDA стек и изпълните малък тест „model + batch on CUDA“. Ако стигнете до липса на памет, намалете размера на batch и използвайте смесена прецизност, като същевременно наблюдавате използването, паметта и температурите.

Ключови изводи:

Базови проверки : Започнете с nvidia-smi ; коригирайте видимостта на драйверите, преди да инсталирате рамки.

Съвместимост със стека : Поддържайте версиите на драйвера, CUDA runtime и framework-а синхронизирани, за да предотвратите сривове и нестабилни инсталации.

Малък успех : Потвърдете, че еднократно преминаване напред се изпълнява на CUDA, преди да мащабирате експериментите.

Дисциплина на VRAM : Разчитайте на смесена прецизност, натрупване на градиенти и контролни точки, за да паснете на по-големи модели.

Навик за наблюдение : Следете използването, моделите на паметта, захранването и температурата, за да забележите пречките рано.

Статии, които може да ви харесат след тази:

🔗 Как да изградим AI агент
Проектирайте работния процес, инструментите, паметта и предпазните мерки на вашия агент.

🔗 Как да внедрим AI модели
Настройвайте среди, пакетирайте модели и изпращайте надеждно към производствената среда.

🔗 Как да измерим производителността на изкуствения интелект
Изберете показатели, извършете оценки и проследявайте ефективността във времето.

🔗 Как да автоматизирате задачи с изкуствен интелект
Автоматизирайте повтарящата се работа с подкани, работни потоци и интеграции.

1) Цялостната картина - какво правите, когато „тренирате на GPU“ 🧠⚡

Когато тренирате AI модели, най-вече извършвате планина от матрична математика. Графичните процесори (GPU) са създадени за този вид паралелна работа, така че рамки като PyTorch, TensorFlow и JAX могат да прехвърлят тежката работа върху GPU. ( Документация на PyTorch CUDA , Инсталация на TensorFlow (pip) , Бърз старт на JAX )

На практика „използване на NVIDIA графични процесори за обучение“ обикновено означава:

  • Параметрите на вашия модел се намират (предимно) във видеопамята на графичния процесор (GPU VRAM)

  • Вашите партиди се преместват от RAM към VRAM на всяка стъпка

  • Вашият forward pass и backprop се изпълняват на CUDA ядра ( Ръководство за програмиране на CUDA )

  • Актуализациите на оптимизатора ви се случват на графичния процесор (в идеалния случай)

  • Следите температурата, паметта, използването, за да не готвите нищо 🔥 ( NVIDIA nvidia-smi документация )

Ако това ви звучи много, не се притеснявайте. Това е предимно контролен списък и няколко навика, които изграждате с времето.

2) Какво прави една версия на NVIDIA GPU AI тренировъчна система добра 🤌

Това е разделът „не строете къща върху желе“. Добра настройка за това как да използвате графични процесори на NVIDIA за обучение на изкуствен интелект е тази с ниска драматичност. Ниската драматичност е стабилна. Стабилността е бърза. Бързата е... ами, бърза 😄

Една солидна тренировъчна система обикновено има:

  • Достатъчно VRAM за размера на вашата партида + модел + състояния на оптимизатора

    • VRAM е като пространството в куфара. Можеш да опаковаш по-умно, но не можеш да опаковаш безкрайно.

  • Съвпадащ софтуерен стек (драйвер + CUDA runtime + съвместимост с framework) ( PyTorch Get Started (CUDA selector) , TensorFlow install (pip) )

  • Бързо съхранение (NVMe помага много за големи набори от данни)

  • Достоен процесор + RAM, така че зареждането на данни да не изтощава графичния процесор ( Ръководство за настройка на производителността на PyTorch )

  • Охлаждане и мощност (подценявани, докато не станат 😬)

  • Възпроизводима среда (venv/conda или контейнери), така че надстройките да не се превърнат в хаос ( общ преглед на NVIDIA Container Toolkit )

И още нещо, което хората пропускат:

  • Навик за наблюдение - проверявате паметта и използването на графичния процесор, както проверявате огледалата, докато шофирате. ( NVIDIA nvidia-smi документация )

3) Сравнителна таблица - популярни начини за обучение с графични процесори NVIDIA (с особености) 📊

По-долу е даден бърз съвет „кой от тях е подходящ?“. Цените са приблизителни (защото реалността е различна) и да, една от тези клетки е малко разпръсната, нарочно.

Инструмент / Подход Най-добро за Цена Защо работи (предимно)
PyTorch (ванилия) PyTorch повечето хора, повечето проекти Безплатно Гъвкава, огромна екосистема, лесно отстраняване на грешки - освен това всеки има мнение
Документация за PyTorch Lightning екипи, структурирано обучение Безплатно Намалява шаблонните шаблони, по-чисти цикли; понякога се усеща като „магия“, докато не спре да работи
Трансформърс за прегръщане на лице + треньор Документация за Фина настройка на НЛП + магистърска степен по право Безплатно Обучение с включени батерии, страхотни резултати по подразбиране, бързи победи 👍
Ускоряване Документи на Accelerate многопроцесорни графични процесори безпроблемно Безплатно Прави DDP по-малко досаден, подходящ за мащабиране без пренаписване на всичко
на DeepSpeed ​​ZeRO големи модели, трикове за памет Безплатно Zero, разтоварване, мащабиране - може да е трудно, но задоволително, когато щракне
TensorFlow + Keras TF производствени тръбопроводи Безплатно Силни инструменти, добра история на внедряване; някои хора го харесват, други тихомълком не
JAX + Flax JAX Бърз старт / Flax документация изследвания + маниаци по скоростта Безплатно XLA компилацията може да бъде безумно бърза, но дебъгването може да изглежда... абстрактно
NVIDIA NeMo Преглед на NeMo реч + работни процеси за LLM Безплатно Оптимизиран за NVIDIA стек, добри рецепти - усещането е като готвене с луксозна фурна 🍳
Преглед на инструментариума за Docker + NVIDIA Container Toolkit възпроизводими среди Безплатно „Работи на моята машина“ става „работи на нашите машини“ (отново почти)

4) Първа стъпка - потвърдете, че вашият графичен процесор се вижда правилно 🕵️♂️

Преди да инсталирате дузина неща, проверете основите.

Неща, които искате да са истина:

  • Машината вижда графичния процесор

  • Драйверът на NVIDIA е инсталиран правилно

  • Графичният процесор не е заседнал да прави нещо друго

  • Можете да го попитате надеждно

Класическата проверка е:

Какво търсите:

  • Име на графичния процесор (напр. RTX, серия A и др.)

  • Версия на драйвера

  • Използване на паметта

  • Изпълнявани процеси ( документация на NVIDIA nvidia-smi )

Ако nvidia-smi не успее, спрете дотук. Не инсталирайте фреймворкове още. Все едно се опитвате да печете хляб, когато фурната ви не е включена в контакта. ( NVIDIA System Management Interface (NVSMI) )

Малка човешка забележка: понякога nvidia-smi работи, но обучението ви все още се проваля, защото CUDA средата, използвана от вашата рамка, не отговаря на очакванията на драйвера. Това не е просто глупост от ваша страна. Така е... просто е 😭 ( PyTorch Първи стъпки (CUDA селектор) , TensorFlow инсталация (pip) )

5) Изградете софтуерния стек - драйвери, CUDA, cuDNN и „танцът на съвместимостта“ 💃

Ето къде хората губят часове. Номерът е: изберете си път и се придържайте към него .

Вариант A: CUDA, свързана с фреймворк (често най-лесният)

Много компилации на PyTorch се доставят със собствена CUDA среда, което означава, че не е необходимо да имате пълен CUDA инструментариум, инсталиран в цялата система. Най-често ви е необходим само съвместим NVIDIA драйвер. ( PyTorch Първи стъпки (CUDA селектор) , Предишни версии на PyTorch (CUDA колела) )

Плюсове:

  • По-малко движещи се части

  • По-лесни инсталации

  • По-възпроизводим за всяка среда

Недостатъци:

  • Ако смесвате среди небрежно, можете да се объркате

Вариант Б: Системен CUDA инструментариум (повече контрол)

Инсталирате CUDA Toolkit-а на системата и подравнявате всичко спрямо него. ( CUDA Toolkit документация )

Плюсове:

  • Повече контрол за персонализирани конструкции, някои специални инструменти

  • Удобно за компилиране на определени операции

Недостатъци:

  • Още начини да несъответствате на версиите и да плачете тихо

cuDNN и NCCL, при хора

  • cuDNN ускорява примитивите на дълбокото обучение (конволюции, RNN битове и др.) ( документация на NVIDIA cuDNN )

  • NCCL е бързата библиотека за „комуникация между графични процесори“ за обучение на множество графични процесори ( общ преглед на NCCL )

Ако провеждате обучение с множество графични процесори, NCCL е вашият най-добър приятел - и понякога вашият темпераментен съквартирант. ( Общ преглед на NCCL )

6) Първото ви GPU обучение (примерно мислене с PyTorch) ✅🔥

За да следвате „Как да използвате графични процесори на NVIDIA за обучение с изкуствен интелект“ , не ви е нужен първо мащабен проект. Нужен ви е малък успех.

Основни идеи:

  • Откриване на устройство

  • Преместване на модела към графичния процесор

  • Преместване на тензори към графичен процесор

  • Потвърдете, че forward pass се изпълнява там ( документация на PyTorch CUDA )

Неща, които винаги проверявам предварително за здрав разум:

Често срещани въпроси „защо е бавно?“, разбирам

  • Вашият зареждащ механизъм за данни е твърде бавен (графичният процесор чака в режим на готовност) ( Ръководство за оптимизация на производителността на PyTorch )

  • Забравихте да преместите данните към графичния процесор (упс)

  • Размерът на партидата е малък (графичният процесор не се използва достатъчно)

  • Извършвате тежка предварителна обработка на процесора в стъпката на обучение

Също така, да, вашият графичен процесор често ще изглежда „не чак толкова зает“, ако проблемът са данните. Все едно да наемете състезател и след това да го карате да чака за гориво всяка обиколка.

7) Играта с VRAM - размер на партидата, смесена прецизност и липса на експлозия 💥🧳

Повечето практически проблеми с обучението се свеждат до паметта. Ако усвоите едно умение, научете се да управлявате видеопаметата (VRAM).

Бързи начини за намаляване на използването на паметта

Моментът „защо VRAM все още е пълна, след като спра?“

Фреймворците често кешират паметта за по-висока производителност. Това е нормално. Изглежда страшно, но не винаги е теч. Научавате се да четете шаблоните. ( PyTorch CUDA семантика: кеширане на алокатор )

Практически навик:

8) Накарайте графичния процесор да работи - настройка на производителността, която си заслужава времето ви 🏎️

Първата стъпка е да се „обучението на графичния процесор“ да работи. Втората стъпка е ускори

Оптимизации с голямо въздействие

Най-пренебрегваното пречка

Вашият процес на съхранение и предварителна обработка. Ако вашият набор от данни е огромен и се съхранява на бавен диск, вашият графичен процесор се превръща в скъп отоплител. Много усъвършенстван, много лъскав отоплител.

Също така, едно малко признание: „Оптимизирах“ модел в продължение на час, само за да осъзная, че регистрирането е проблемът. Прекаленото отпечатване може да забави обучението. Да, може.

9) Обучение за работа с множество графични процесори - DDP, NCCL и мащабиране без хаос 🧩🤝

След като искате по-голяма скорост или по-големи модели, преминавате към мулти-графични процесори. Тук нещата стават по-сложни.

Общи подходи

  • Паралелни данни (DDP)

    • Разделяне на партиди между графичните процесори, синхронизиране на градиенти

    • Обикновено опцията по подразбиране „добра“ ( документация на PyTorch DDP )

  • Моделно паралелно / Тензорно паралелно

    • Разделяне на модела между графичните процесори (за много големи модели)

  • Паралелен тръбопровод

    • Разделяне на слоевете на модела на етапи (като поточна линия, но за тензори)

Ако тепърва започвате, обучението в стил DDP е идеалният избор. ( Урок за PyTorch DDP )

Практични съвети за работа с няколко графични процесора

  • Уверете се, че графичните процесори са с подобни възможности (смесването може да доведе до затруднения)

  • Гледайте взаимосвързването: NVLink срещу PCIe е от значение за натоварвания с голямо синхронизиране ( общ преглед на NVIDIA NVLink , документация на NVIDIA NVLink )

  • Поддържайте балансирани размери на партидите за всеки графичен процесор

  • Не пренебрегвайте процесора и паметта - многопроцесорните графични процесори могат да увеличат затрудненията с данните

И да, грешките при NCCL могат да се усещат като загадка, обвита в мистерия, обвита в „защо сега“. Не сте прокълнати. Вероятно. ( Общ преглед на NCCL )

10) Мониторинг и профилиране - неочакваните неща, които ви спестяват часове 📈🧯

Не са ви необходими сложни табла за управление, за да започнете. Трябва да забележите кога нещо не е наред.

Ключови сигнали за наблюдение

  • Използване на графичния процесор : постоянно ли е високо или е пиково?

  • Използване на паметта : стабилно, нарастващо или странно?

  • Консумация на енергия : необичайно ниската може да означава недостатъчно използване

  • Температури : продължителните високи температури могат да намалят производителността

  • Използване на процесора : проблеми с канала за данни се показват тук ( Ръководство за настройка на производителността на PyTorch )

Профилиращ начин на мислене (опростена версия)

  • Ако графичният процесор е с ниско натоварване - затруднения в данните или процесора

  • Ако графичният процесор е висок, но бавен - неефективност на ядрото, прецизност или архитектура на модела

  • Ако скоростта на обучение спадне произволно - термично дроселиране, фонови процеси, I/O смущения

Знам, че наблюдението звучи незабавно. Но е като почистването с конец за зъби. Досадно е, а после изведнъж животът ти се подобрява.

11) Отстраняване на неизправности - обичайните заподозрени (и по-рядко срещаните) 🧰😵💫

Този раздел е основно: „едни и същи пет проблема, завинаги“

Проблем: CUDA не разполага с достатъчно памет

Поправки:

Проблем: Обучението се изпълнява случайно на процесора

Поправки:

  • гарантиране, че моделът е преместен в CUDA

  • уверете се, че тензорите са преместени в CUDA

  • проверка на конфигурацията на устройството на рамката ( документация на PyTorch CUDA )

Проблем: Странни сривове или нелегален достъп до паметта

Поправки:

  • потвърждаване на съвместимостта на драйвера + средата за изпълнение ( PyTorch Get Started (CUDA селектор) , TensorFlow install (pip) )

  • опитайте чиста среда

  • намаляване на персонализираните операции

  • повторно изпълнение с детерминистични настройки за възпроизвеждане

Проблем: По-бавно от очакваното

Поправки:

Проблем: Замръзване при работа с няколко графични процесора

Поправки:

Малка забележка назад: понякога решението е буквално рестартиране. Чувства се глупаво. Работи. Компютрите са такива.

12) Цена и практичност - избор на правилния NVIDIA GPU и настройка без прекалено много мислене 💸🧠

Не всеки проект се нуждае от най-мощната графична карта. Понякога е необходима достатъчна графична карта.

Ако фино настройвате средни модели

Ако обучавате по-големи модели от нулата

Ако правите експерименти

  • Искате бърза итерация

  • Не харчете всичките си пари за графичен процесор, а след това да губите място за съхранение и RAM памет

  • Балансираната система е по-ефективна от неравномерна (в повечето случаи)

И всъщност можете да загубите седмици в преследване на „перфектни“ хардуерни решения. Създайте нещо работещо, измерете го и след това го настройте. Истинският враг е липсата на обратна връзка.

Заключителни бележки - Как да използвате графични процесори NVIDIA за обучение с изкуствен интелект, без да губите ума си 😌✅

Ако не сте взели нищо друго от това ръководство за това как да използвате графични процесори NVIDIA за обучение с изкуствен интелект , вземете това:

Обучението с графични процесори на NVIDIA е едно от онези умения, които изглеждат плашещи, а после изведнъж стават просто... нормални. Като да се учиш да шофираш. В началото всичко е шумно и объркващо и стискаш волана твърде силно. После един ден караш, отпиваш кафе и небрежно отстраняваш грешки в проблем с размера на партидата, сякаш не е голяма работа ☕😄

ЧЗВ

Какво означава да се обучи AI модел на NVIDIA GPU

Обучението на NVIDIA GPU означава, че параметрите на вашия модел и тренировъчните партиди се намират във видеопамята на графичния процесор (GPU VRAM), а тежката математика (forward pass, backprop, стъпки на оптимизатора) се изпълнява чрез CUDA ядра. На практика това често се свежда до осигуряване на разположението на модела и тензорите на CUDA , след което се следи паметта, използването и температурите, така че производителността да остане постоянна.

Как да се уверите, че NVIDIA GPU работи, преди да инсталирате каквото и да било друго

Започнете с nvidia-smi . Трябва да показва името на графичния процесор, версията на драйвера, текущото използване на паметта и всички работещи процеси. Ако nvidia-smi не успее, изчакайте PyTorch/TensorFlow/JAX - първо поправете видимостта на драйвера. Това е базовата проверка „включена ли е фурната“ за обучение на графичния процесор.

Избор между системна CUDA и CUDA, включена в пакета с PyTorch

Често срещан подход е използването на CUDA, включена в framework-базираната среда (като много PyTorch колела), защото намалява движещите се части - основно ви е необходим съвместим NVIDIA драйвер. Инсталирането на пълния системен CUDA инструментариум предлага повече контрол (персонализирани компилации, операции за компилиране), но също така въвежда повече възможности за несъответствия във версиите и объркващи грешки по време на изпълнение.

Защо обучението може да бъде бавно дори с NVIDIA GPU

Често графичният процесор е изтощен от входния конвейер. Забавящите зареждащи устройства за данни, тежката предварителна обработка на процесора по време на стъпката на обучение, малките размери на партидите или бавното съхранение могат да накарат мощния графичен процесор да се държи като отоплител в режим на готовност. Увеличаването на броя на зареждащите устройства за данни, активирането на закрепена памет, добавянето на предварително извличане и изрязването на регистрационните данни са често срещани първи стъпки, преди да се обвини моделът.

Как да предотвратим грешки „CUDA out of memory“ по време на обучение на NVIDIA GPU

Повечето корекции са VRAM тактики: намаляване на размера на партидата, активиране на смесена прецизност (FP16/BF16), използване на натрупване на градиент, съкращаване на дължината/размера на изрязване на последователността или използване на контролни точки за активиране. Проверете също за други GPU процеси, консумиращи памет. Някои проби и грешки са нормални - бюджетирането на VRAM се превръща в основен навик в практическото обучение за GPU.

Защо VRAM може да изглежда пълна след края на обучителния скрипт

Фреймворците често кешират паметта на графичния процесор за по-висока скорост, така че резервираната памет може да остане висока, дори когато разпределената памет е намаляла. Това може да прилича на теч, но често кеширащият алокатор се държи както е проектиран. Практическият навик е да се проследява моделът във времето и да се сравнява „разпределена спрямо резервирана“, вместо да се фиксираме върху един-единствен тревожен моментен кадър.

Как да се потвърди, че даден модел не се обучава тихо на процесора

Проверете предварително дали torch.cuda.is_available() връща True , проверете дали next(model.parameters()).device показва cuda и изпълнете еднократно преминаване напред без грешки. Ако производителността е подозрително бавна, проверете също така дали вашите партиди се преместват към графичния процесор. Често срещано е да преместите модела и случайно да оставите данните.

Най-лесният път към обучение за многопроцесорни графични процесори

Паралелното обработване на данни (обучение в стил DDP) често е най-добрата първа стъпка: разделяне на партиди между графичните процесори и синхронизиране на градиенти. Инструменти като Accelerate могат да направят работата с няколко графични процесора по-лесна без пълно пренаписване. Очаквайте допълнителни променливи - комуникация с NCCL, разлики в междусвързването (NVLink срещу PCIe) и усилени пречки в данните - така че постепенното мащабиране след солидно изпълнение с един графичен процесор обикновено е по-добро.

Какво да наблюдавате по време на обучението на NVIDIA GPU, за да откриете проблемите рано

Следете използването на графичния процесор, използването на паметта (стабилно спрямо покачващо се), консумацията на енергия и температурите - throttling може тихо да намали скоростта. Следете и използването на процесора, тъй като проблемите с канала за данни често се проявяват първо там. Ако използването е пиково или ниско, подозирайте I/O или устройства за зареждане на данни; ако е високо, но времето за стъпка все още е бавно, профилирайте ядра, прецизен режим и разбивката на времето за стъпка.

Референции

  1. NVIDIA - Документация на NVIDIA nvidia-smi - docs.nvidia.com

  2. NVIDIA - Интерфейс за управление на системата NVIDIA (NVSMI) - developer.nvidia.com

  3. NVIDIA - Преглед на NVIDIA NVLink - nvidia.com

  4. PyTorch - Първи стъпки с PyTorch (CUDA селектор) - pytorch.org

  5. PyTorch - Документация на PyTorch CUDA - docs.pytorch.org

  6. TensorFlow - Инсталиране на TensorFlow (pip) - tensorflow.org

  7. JAX - JAX бърз старт - docs.jax.dev

  8. Прегръщащо лице - Документация за треньори - huggingface.co

  9. Светкавичен изкуствен интелект - Документация за Светкавицата - lightning.ai

  10. DeepSpeed ​​- ZeRO документация - deepspeed.readthedocs.io

  11. Microsoft Research - Microsoft Research: ZeRO/DeepSpeed ​​- microsoft.com

  12. PyTorch форуми - PyTorch форум: проверка на модела в CUDA - discuss.pytorch.org

Намерете най-новия изкуствен интелект в официалния магазин за асистенти с изкуствен интелект

За нас

Обратно към блога