ヘテロジニアスアーキテクチャ上のマシンラーニングアプリケーションのベンチマーキング - Reframeを使用して

Core Concepts

Reframeフレームワークを使用して、さまざまなハードウェアアーキテクチャ上でマシンラーニングベンチマークを実行し、性能を比較・分析する。

Abstract

本論文では、ReframeテストフレームワークをKubernetesバックエンドに拡張し、EPCCが管理するさまざまなシステム(ARCHER2、Cirrus、EIDF GPU Service、Graphcore Bow Pod64、Cerebras CS-2)上でマシンラーニングベンチマーク(ResNet-50、DeepCam、CosmoFlow)を実行し、その結果を報告している。 ReframeフレームワークにはもともとKubernetesサポートがなかったため、本研究ではKubernetesスケジューラバックエンドを実装した。これにより、Kubernetesで管理されるシステムでもReframeを使ってベンチマークを実行できるようになった。 ベンチマーク結果から、GPUシステムとCPUシステムの性能差、I/Oボトルネックの影響、ハードウェア世代間の性能差などが明らかになった。また、GraphcoreやCerebrasなどの新しいアクセラレータ上でのベンチマーキングにも取り組んだが、モデルの移植や最適化に課題があることが分かった。 本研究の成果は、HPC施設がマシンラーニングワークロードの性能を定期的にモニタリングし、システム変更の影響を把握するのに役立つ。また、Reframeの拡張により、Kubernetesクラスタ上でも同様のベンチマーキングが可能になった。

Stats

ARCHER2 CPUシステムでのResNet-50の計算スループットは40.1 inputs/秒 EIDF A100 GPUシステムでのResNet-50の計算スループットは179.7 inputs/秒 Graphcore IPUシステムでのResNet-50の計算スループットは255.6 inputs/秒 Cerebras CS-2システムでのResNet-50の計算スループットは452.0 inputs/秒

Quotes

なし

Key Insights Distilled From

Benchmarking Machine Learning Applications on Heterogeneous Architecture using Reframe

by Christopher ... at arxiv.org 04-17-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.10536.pdf

Deeper Inquiries

新しいアクセラレータ上でのベンチマーキングを改善するためにはどのようなアプローチが考えられるか

新しいアクセラレータ上でのベンチマーキングを改善するためには、以下のアプローチが考えられます: パイプライン並列処理の最適化: グラフコアのようなアクセラレータでは、メモリ制約があるため、パイプライン並列処理を最適化することが重要です。異なるIPUに異なる部分を割り当てるなど、モデルの分割方法を最適化することが効果的です。 データロード戦略の最適化: ディープラーニングモデルの性能に影響を与えるI/Oボトルネックを解消するために、データロード戦略を最適化することが重要です。例えば、データを事前にノード内のストレージやメモリに読み込むことで、性能を向上させることができます。 モデルの最適化: グラフコアやセレブラスなどの新しいアクセラレータに適したモデルの最適化を行うことも重要です。特定のアクセラレータに合わせてモデルを調整し、性能を最大化することが必要です。

マシンラーニングワークロードの性能最適化において、ファイルシステムやネットワークの影響はどの程度重要か

マシンラーニングワークロードの性能最適化において、ファイルシステムやネットワークの影響は非常に重要です。特に以下の点が影響を与えます: ファイルシステムの速度: データの読み書きに使用されるファイルシステムの速度は、モデルのトレーニングパフォーマンスに直接影響します。高速なファイルシステムを使用することで、I/Oボトルネックを軽減し、トレーニング速度を向上させることができます。 ネットワーク帯域幅: データの転送に使用されるネットワーク帯域幅も重要です。大規模なデータセットをアクセラレータに効率的に転送するためには、高速で信頼性の高いネットワークインフラストラクチャが必要です。 並列ファイルシステム: マルチノード環境でのデータ共有には並列ファイルシステムが重要です。複数のノード間でデータを共有する際に、適切な並列ファイルシステムを使用することで、データのアクセス速度を向上させることができます。

本研究で使用したベンチマークモデル以外にも、Reframeを使ってどのようなマシンラーニングアプリケーションをベンチマークできるか

本研究で使用したベンチマークモデル以外にも、Reframeを使用して以下のようなマシンラーニングアプリケーションをベンチマークすることができます: BERT: 自然言語処理タスクに広く使用されるBERT（Bidirectional Encoder Representations from Transformers）などの言語モデルをベンチマークすることが可能です。 YOLO: 物体検出タスクに使用されるYOLO（You Only Look Once）などのモデルをベンチマークすることで、リアルタイム物体検出の性能を評価できます。 LSTM: 時系列データ解析に使用されるLSTM（Long Short-Term Memory）などのリカレントニューラルネットワークをベンチマークすることで、時系列データの処理性能を評価できます。