Checkpointing optimal pour chaînes hétérogènes: apprentissage de réseaux de neurones profonds avec mémoire limitée

Autor: Beaumont, Olivier, Eyraud-Dubois, Lionel, Herrmann, Julien, Joly, Alexis, Shilova, Alena
Přispěvatelé: High-End Parallel Algorithms for Challenging Numerical Simulations (HiePACS), Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Université de Bordeaux (UB), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Topology-Aware System-Scale Data Management for High-Performance Computing (TADAAM), Scientific Data Management (ZENITH), Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Montpellier (UM), Inria Bordeaux Sud-Ouest, IPL 'Convergence HPC, Big Data, Machine Learning', Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: [Research Report] RR-9302, Inria Bordeaux Sud-Ouest. 2019
Popis: This paper introduces a new activation checkpointing method which allows to significantly decrease memory usage when training Deep Neural Networks with the back-propagation algorithm. Similarly to checkpoint-ing techniques coming from the literature on Automatic Differentiation, it consists in dynamically selecting the forward activations that are saved during the training phase, and then automatically recomputing missing activations from those previously recorded. We propose an original computation model that combines two types of activation savings: either only storing the layer inputs, or recording the complete history of operations that produced the outputs (this uses more memory, but requires fewer recomputations in the backward phase), and we provide an algorithm to compute the optimal computation sequence for this model. This paper also describes a PyTorch implementation that processes the entire chain, dealing with any sequential DNN whose internal layers may be arbitrarily complex and automatically executing it according to the optimal checkpointing strategy computed given a memory limit. Through extensive experiments, we show that our implementation consistently outperforms existing checkpoint-ing approaches for a large class of networks, image sizes and batch sizes.; Cet article introduit une nouvelle méthode de sauvegarde des activations qui permet de réduire significavement la mémoire utilisée lors de la phase d'apprentissage de Réseaux de Neurones Profonds avec l'algorithme de rétropropagation. Cette méthode, inspirée des techniques de checkpoint en Différentiation Automatique, sélectionne dynamiquement les activations sauvegardées pendant la phase avant, puis recalcule automatiquement le sactivations manquantes à partir de celles sauvegardées précédemment. Nous proposons un modèle de calcul original qui combine deux façons de sauvegarder une activation : soit ne stocker que les entrées de la couche concernée, soit enregistrer l'historique complet des opérations qui ont permis de produire les sorties (cela utilise plus de mémoire, mais nécessite moins de recalcul dans la phase arrière). Nous présentons un algorithme qui fournit la séquence de calculer la séquence à mémoire persistente optimale pour ce modèle.Cet article décrit également une implémentation dans PyTorch qui automatise le processus, peut être utilisée avec un RNN séquentiel quelconque dont les couches internes peuvent être arbitrairement complexes, et l'exécute en suivant la stratégie optimale étant donnée une limite de mémoire. À travers de nombreuses expériences, nous montrons que notre implémentation obtient invariablement de meilleures performances que les approches existantes sur une large gamme de réseaux, tailles d'images et tailles de batch.
Databáze: OpenAIRE
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