Pytorch Mac GPU 训练与测评实例
作者:YunfengWang
正文
Pytorch的官方博客发了Apple M1 芯片 GPU加速的文章,这是我期待了很久的功能,因此很兴奋,立马进行测试,结论是在MNIST上,速度与P100差不多,相比CPU提速1.7倍。当然这只是一个最简单的例子,不能反映大部分情况。这里详细记录操作的一步步流程,如果你也感兴趣,不妨自己上手一试。
加速原理
苹果有自己的一套GPU实现API Metal,而Pytorch此次的加速就是基于Metal,具体来说,使用苹果的Metal Performance Shaders(MPS)作为PyTorch的后端,可以实现加速GPU训练。MPS后端扩展了PyTorch框架,提供了在Mac上设置和运行操作的脚本和功能。MPS通过针对每个Metal GPU系列的独特特性进行微调的内核来优化计算性能。新设备在MPS图形框架和MPS提供的调整内核上映射机器学习计算图形和基元。
因此此次新增的的device名字是mps, 使用方式与cuda 类似,例如:
import torch foo = torch.rand(1, 3, 224, 224).to('mps') device = torch.device('mps') foo = foo.to(device)
是不是熟悉的配方,熟悉的味道?可以说是无门槛即可上手。
此外发现,Pytorch已经支持下面这些device了,确实出乎意料:
cpu, cuda, ipu, xpu, mkldnn, opengl, opencl, ideep, hip, ve, ort, mps, xla, lazy, vulkan, meta, hpu
环境配置
为了使用这个实验特性,你需要满足下面三个条件:
- 有一台配有Apple Silicon 系列芯片(M1, M1 Pro, M1 Pro Max, M1 Ultra)的Mac笔记本
- 安装了arm64位的Python
- 安装了最新的nightly 版本的Pytorch
第一个条件需要你自己来设法满足,这篇文章对它的达到没有什么帮助。
假设机器已经准备好。我们可以从这里下载arm64版本的miniconda(文件名是Miniconda3 macOS Apple M1 64-bit bash,基于它安装的Python环境就是arm64位的。下载和安装Minicoda的命令如下:
wget https://repo.anaconda.com/miniconda/Miniconda3-latest-MacOSX-arm64.sh chmod +x Miniconda3-latest-MacOSX-arm64.sh ./Miniconda3-latest-MacOSX-arm64.sh
按照说明来操作即可,安装完成后,创建一个虚拟环境,通过检查platform.uname()[4] 是不是为arm64 来检查Python的架构:
conda config --env --set always_yes true conda create -n try-mps python=3.8 conda activate try-mps python -c "import platform; print(platform.uname()[4])"
如果最后一句命令的输出为arm64 ,说明Python版本OK,可以继续往下走了。
第三步,安装nightly版本的Pytorch,在开启的虚拟环境中进行下面的操作:
python -m pip install --pre torch torchvision torchaudio --extra-index-url https://download.pytorch.org/whl/nightly/cpu
执行完成后通过下面的命令检查MPS后端是否可用:
python -c "import torch;print(torch.backends.mps.is_built())"
如果输出为True ,说明MPS后端可用,可以继续往下走了。
跑一个MNIST
基于Pytorch官方的example中的MNIST例子,修改了来测试cpu和mps模式,代码如下:
from __future__ import print_function import argparse import time import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import torch.optim as optim from torchvision import datasets, transforms from torch.optim.lr_scheduler import StepLR class Net(nn.Module): def __init__(self): super(Net, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(1, 32, 3, 1) self.conv2 = nn.Conv2d(32, 64, 3, 1) self.dropout1 = nn.Dropout(0.25) self.dropout2 = nn.Dropout(0.5) self.fc1 = nn.Linear(9216, 128) self.fc2 = nn.Linear(128, 10) def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = F.relu(x) x = self.conv2(x) x = F.relu(x) x = F.max_pool2d(x, 2) x = self.dropout1(x) x = torch.flatten(x, 1) x = self.fc1(x) x = F.relu(x) x = self.dropout2(x) x = self.fc2(x) output = F.log_softmax(x, dim=1) return output def train(args, model, device, train_loader, optimizer, epoch): model.train() for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader): data, target = data.to(device), target.to(device) optimizer.zero_grad() output = model(data) loss = F.nll_loss(output, target) loss.backward() optimizer.step() if batch_idx % args.log_interval == 0: print('Train Epoch: {} [{}/{} ({:.0f}%)]\tLoss: {:.6f}'.format( epoch, batch_idx * len(data), len(train_loader.dataset), 100. * batch_idx / len(train_loader), loss.item())) if args.dry_run: break def main(): # Training settings parser = argparse.ArgumentParser(description='PyTorch MNIST Example') parser.add_argument('--batch-size', type=int, default=64, metavar='N', help='input batch size for training (default: 64)') parser.add_argument('--test-batch-size', type=int, default=1000, metavar='N', help='input batch size for testing (default: 1000)') parser.add_argument('--epochs', type=int, default=4, metavar='N', help='number of epochs to train (default: 14)') parser.add_argument('--lr', type=float, default=1.0, metavar='LR', help='learning rate (default: 1.0)') parser.add_argument('--gamma', type=float, default=0.7, metavar='M', help='Learning rate step gamma (default: 0.7)') parser.add_argument('--no-cuda', action='store_true', default=False, help='disables CUDA training') parser.add_argument('--use_gpu', action='store_true', default=False, help='enable MPS') parser.add_argument('--dry-run', action='store_true', default=False, help='quickly check a single pass') parser.add_argument('--seed', type=int, default=1, metavar='S', help='random seed (default: 1)') parser.add_argument('--log-interval', type=int, default=10, metavar='N', help='how many batches to wait before logging training status') parser.add_argument('--save-model', action='store_true', default=False, help='For Saving the current Model') args = parser.parse_args() use_gpu = args.use_gpu torch.manual_seed(args.seed) device = torch.device("mps" if args.use_gpu else "cpu") train_kwargs = {'batch_size': args.batch_size} test_kwargs = {'batch_size': args.test_batch_size} if use_gpu: cuda_kwargs = {'num_workers': 1, 'pin_memory': True, 'shuffle': True} train_kwargs.update(cuda_kwargs) test_kwargs.update(cuda_kwargs) transform=transforms.Compose([ transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,)) ]) dataset1 = datasets.MNIST('../data', train=True, download=True, transform=transform) dataset2 = datasets.MNIST('../data', train=False, transform=transform) train_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset1,**train_kwargs) test_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset2, **test_kwargs) model = Net().to(device) optimizer = optim.Adadelta(model.parameters(), lr=args.lr) scheduler = StepLR(optimizer, step_size=1, gamma=args.gamma) for epoch in range(1, args.epochs + 1): train(args, model, device, train_loader, optimizer, epoch) test(model, device, test_loader) scheduler.step() if __name__ == '__main__': t0 = time.time() main() t1 = time.time() print('time_cost:', t1 - t0)
测试CPU:
python main.py
测试MPS:
python main --use_gpu
在M1机器上测试发现,训一个Epoch的MNIST,CPU耗时33.4s,而使用MPS的话耗时19.6s,加速1.7倍,好想没官方博客中说的那么多,估计是跟模型太小有关。
我又在Nvidia P100 GPU服务器上进行了测试,CPU耗时34.2s,使用CUDA 耗时20.4s,加速比1.67倍,跟M1差不多,整体速度略低于M1。 下面是一个总结表格:
机器 | 内存 | CPU耗时 | GPU耗时 | 加速比 |
---|---|---|---|---|
M1 | 16G | 33.4s | 19.6s | 1.70 |
P100 | 256G | 34.2s | 20.4s | 1.67 |
跑一下VAE模型
类似地,跑一下这个仓库里面地VAE模型,发现CPU模式正常,换成MPS后loss不断增大,最后到nan,看来还是有bug的 (毕竟是实验特性),可以在Pytorch GitHub 仓库里面提issue,期待更好的Pytorch。
[W ParallelNative.cpp:229] Warning: Cannot set number of intraop threads after parallel work has started or after set_num_threads call when using native parallel backend (function set_num_threads) Train Epoch: 1 [0/60000 (0%)] Loss: 550.842529 Train Epoch: 1 [1280/60000 (2%)] Loss: 330.613251 Train Epoch: 1 [2560/60000 (4%)] Loss: 4705.016602 Train Epoch: 1 [3840/60000 (6%)] Loss: 183532752.000000 ... Train Epoch: 6 [40960/60000 (68%)] Loss: nan Train Epoch: 6 [42240/60000 (70%)] Loss: nan
一个愿景
开头提到,关注这个特性挺久了,其实我最初的想法,是希望一台普通计算设备(不带GPU的笔记本,智能手机)都能训非常快的模型。因为GPU卡很昂贵,只有科研机构和大公司才有,普通人购买成本比较高,而云服务商提供的GPU按时收费,价格不菲。另一方面,所有普通笔记本和智能手机都有不错的CPU,算力不错,如果能将这部分性能合理地利用起来,就像深度学习前的时代一样,有一台笔记本就能用MatLab快速地进行科学实验,这样才能将AI推广到更多人,将AI平民化,也避免了大公司在硬件资源上的垄断和显卡巨大的能耗。
今天的Mac GPU训练至少是在降低深度学习能耗和深度学习模型训练的"轻量化"上面有了一个大的进步,你可以抱着笔记本在床上训练改变AI模型了 。但以Mac笔记的价格,很难说在平民化方向上有任何的进展。
以上就是Pytorch Mac GPU 训练与测评实例的详细内容,更多关于Pytorch Mac GPU训练测评的资料请关注脚本之家其它相关文章!