Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Features
Speaker Deck
PRO
Sign in
Sign up for free
Search
Search
GPUをフル活用するためのtf.dataの使い方
Search
Sponsored
·
Your Podcast. Everywhere. Effortlessly.
Share. Educate. Inspire. Entertain. You do you. We'll handle the rest.
→
masa-ita
November 02, 2019
Technology
1k
0
Share
Embed
Copy iframe code
Copy JS code
Copy link
Start on current slide
GPUをフル活用するためのtf.dataの使い方
masa-ita
November 02, 2019
More Decks by masa-ita
See All by masa-ita
Ollamaを使ったLocal Language Model活用法
itagakim
1
240
Run Instant NeRF on Docker
itagakim
1
2.4k
3D Clustering and Metric Learning
itagakim
0
410
Cloud TPUの使い方〜BigBirdの日本語学習済みモデルを作る〜
itagakim
0
750
多言語学習済みモデルmT5とは?
itagakim
1
790
AWSのGPUを安く使ってTensorFlowモデルを訓練する方法
itagakim
0
420
最近の自然言語処理モデルの動向
itagakim
1
590
ディープラーニングで芸術はできるか?〜生成系ネットワークの進展〜
itagakim
0
380
AWSとTerraform初心者がやってみたこと
itagakim
1
530
Other Decks in Technology
See All in Technology
AIエージェントの知識表現と推論に なぜグラフが使われるのか - 記号的AIの復権とニューラルAIとの統合
yohei1126
1
250
VPCセキュリティ対応の最新事情
nagisa53
2
350
toio・myCobotでフィジカルAIっぽいことを行うための検討(とりあえず調査) / フィジカルAI LT(IoTLTによる開催)
you
PRO
0
220
StepFunctionsとGraphRAGを活用した暗黙知活用のためのRAG基盤
yakumo
0
200
Pavlokで始める電撃駆動開発
sgrsn
0
140
個人OSSが、机の上から世界に広がるまでの話
shinyasaita
1
200
QAタスクをスキル化したいときに考えること
aomoriringo
0
140
AI エージェント時代のデジタルアイデンティティ
fujie
2
1.3k
コンポーネント名には何を含めるべきなのか? / what-should-be-included-in-component-names
airrnot1106
0
230
AI Agent を本番環境へ―― Microsoft Foundry × Azure Serverless で作る Enterprise-Ready な基盤
shibayan
PRO
1
1k
Claude Code並行開発環境の ムダ‧ムラ‧ムリを見直した話
muranakaaa
1
390
ウォーターフォール開発案件のPMとしてAI活用を模索している話
hatahata021
3
250
Featured
See All Featured
<Decoding/> the Language of Devs - We Love SEO 2024
nikkihalliwell
1
280
Into the Great Unknown - MozCon
thekraken
41
2.6k
The SEO identity crisis: Don't let AI make you average
varn
0
520
SEOcharity - Dark patterns in SEO and UX: How to avoid them and build a more ethical web
sarafernandez
0
230
Done Done
chrislema
186
16k
The Illustrated Children's Guide to Kubernetes
chrisshort
51
53k
HU Berlin: Industrial-Strength Natural Language Processing with spaCy and Prodigy
inesmontani
PRO
0
590
Embracing the Ebb and Flow
colly
88
5.1k
B2B Lead Gen: Tactics, Traps & Triumph
marketingsoph
0
190
What does AI have to do with Human Rights?
axbom
PRO
1
2.3k
Distributed Sagas: A Protocol for Coordinating Microservices
caitiem20
333
23k
The Myth of the Modular Monolith - Day 2 Keynote - Rails World 2024
eileencodes
28
3.6k
Transcript
GPUをフル活⽤するた めの TF.DATA の使い⽅ 板垣 正敏 2019/11/2 Python機械学習勉強会in新潟 & TFUG
Niigata 合同勉強会
TF.DATAとは︖
機械学習モデルへの⼊⼒パ イプライン構築ツール ▪ 機械学習モデルにデータを供給するためのパイプラインを 構成する ▪ 下記のような操作を⾏う – データの読み込み –
データのデコード – データの前処理 – データのシャッフル – データの繰り返し – データのキャッシュ – データのバッチ化
tf.data.Datasetとサブクラス ▪ tf.data.Dataset – tf.data.TFRecordDataset – tf.data.TextLineDataset – tf.data.FixedLengthDataset
tf.data.Dataset ▪ from_generator() ▪ from_tensor_slices() ▪ from_tensors() ▪ list_files() ▪
apply() ▪ batch() ▪ cache() ▪ concatenate() ▪ enumerate() ▪ filter() ▪ flat_map() ▪ interleave() ▪ map() ▪ options() ▪ padded_batch() ▪ prefetch() ▪ range() ▪ reduce() ▪ shard() ▪ shuffle() ▪ skip() ▪ take() ▪ unbatch() ▪ window() ▪ with_options() ▪ zip()
tf.data.TFRecordDataset ▪ TFRecord 形式のファイルからデータセットを⽣成 ▪ TFRecord 形式はプロトコルバッファ形式の tf.Example を ベースにしたフバイナリファイルフォーマットであり、連
続して効率的にデータを読み込むことを⽬的としている ▪ モデルの処理速度に対してデータの読み込みスピードがボ トルネックになるような場合に使⽤すると良い
tf.data.TextLineDataset ▪ テキストファイルの⾏からデータセットを作成する ▪ ⼊⼒として複数のファイルを取ることができる
tf.data.FixedLengthRecordDataset ▪ 固定⻑のバイナリファイルからデータを読み込む
TensorFlow I/Oというのがあ るらしい ▪ TensorFlow coreではサポートされないさまざまなデータ ソースからのデーセット⽣成を⾏うライブラリ ▪ データソースの例 ▪
Apache Ignite, Apache Kafka, Amazon Kinesis, Apache Arrow, WebP and TIFF, LIBSVM, FFmpeg, Apache Parquet, LMDB, MNIST, Google Cloud Pub/Sub, Google Cloud Bigtable, Alibaba Cloud Object Storage Service, Apache Avro, WAV, gRPC server, HDF5, Text file with archive, Pcap, Microsoft Azure Storage, Google Cloud BigQuery, GCS Configuration, Prometheus, DICOM, JSON
GPU環境でのベスト プラクティス https://www.tensorflow.org/guide/data_performance より
パイプラインが必要な理由 ▪ パイプラインがない場合 ▪ パイプライン化後(prefetch活⽤)
データ変換の並列化 ▪ 並列化なし ▪ 並列化あり
I/Oの並列化 ▪ シーケンシャル I/O ▪ パラレル I/O
処理順序に注意 ▪ Map と Batch – Mapによる処理が重い場合には処理をベクトル化してBatch 全体に適⽤できないか考える ▪ Map
と Cache – メモリに余裕があれば、Map処理後のデータをキャッシュ する ▪ Map と Interleave / Prefetch / Shuffle – Mapでデータサイズが変わる場合にはバッファを必要とす る処理との順番を考慮する ▪ Repeat と Shuffle – シャッフルの前にリピート ⇒ エポック間のデータが混ざる – リピートの前にシャッフル ⇒ エポックごとにシャッフルの 時間がかかる
コーディング例
import tensorflow as tf import pathlib import time import random
print(tf.__version__) # 画像データのダウンロード data_root_orig = tf.keras.utils.get_file( origin='https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/f lower_photos.tgz', fname='flower_photos', untar=True) data_root = pathlib.Path(data_root_orig) # 画像ファイルの⼀覧作成(画像はクラスごとのディレクトリに⼊っている) all_image_paths = list(data_root.glob('*/*')) all_image_paths = [str(path) for path in all_image_paths] random.shuffle(all_image_paths) image_count = len(all_image_paths) 画像分類のサンプル(1/3)
# ラベルの取得とインデックス割り当て label_names = sorted(item.name for item in data_root.glob('*/') if
item.is_dir()) label_to_index = dict((name, index) for index,name in enumerate(label_names)) all_labels = [path.split('/')[-2] for path in all_image_paths] all_indices = [label_to_index[label] for label in all_labels] # Datasetの設定 AUTOTUNE = tf.data.experimental.AUTOTUNE image_size = (192, 192) batch_size = 40 list_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(all_image_paths) # 前処理⽤関数 def load_and_preprocess_image(file_path): image = tf.io.read_file(file_path) image = tf.image.decode_jpeg(image, channels=3) image = tf.image.resize(image, image_size) image = 2 * (image / 255.0) - 1.0 # [0, 255] -> [-1, 1] return image 画像分類のサンプル(2/3)
# Datasetの組み⽴て image_ds = list_ds.map(load_and_preprocess_image, num_parallel_calls=AUTOTUNE) indices_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(all_indices) ds
= list_ds.zip((image_ds, indices_ds)) ¥ .cache() ¥ .shuffle(buffer_size=image_count) ¥ .batch(batch_size) ¥ .prefetch(buffer_size=AUTOTUNE) # モデルの構築 mobile_net = tf.keras.applications.MobileNetV2(input_shape=(192, 192, 3), include_top=False) mobile_net.trainable=False model = tf.keras.Sequential([ mobile_net, tf.keras.layers.GlobalAveragePooling2D(), tf.keras.layers.Dense(len(label_names), activation='softmax')]) # モデルのコンパイル model.compile(loss='sparse_categorical_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['acc']) # モデルの訓練 model.fit(ds, epochs=10, verbose=2) 画像分類のサンプル(3/3)
# Datasetの組み⽴て image_ds = list_ds.map(load_and_preprocess_image, num_parallel_calls=AUTOTUNE) indices_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(all_indices) ds
= list_ds.zip((image_ds, indices_ds)) ¥ .cache() ¥ .shuffle(buffer_size=image_count) ¥ .batch(batch_size) ¥ .prefetch(buffer_size=AUTOTUNE) 並列実⾏の多重度を指定 バッファサイズ注意 バッファサイズ注意 核⼼部分の補⾜
ベンチマーク
実験環境 ▪ CPU: Intel(R) Core(TM) i9-9900K CPU @ 3.60GHz ▪
Memory: 32GB ▪ GPU: NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti メモリ11GB ▪ OS: Ubuntu Desktop 18.04.2 ▪ NVIDIA Driver Version: 418.87.01 CUDA Version: 10.0 ▪ Storage: NVMe 480GB ▪ docker ce/nvidia-docker2 ▪ tensorflow/tensorflow:latest-gpu-py3
import tensorflow as tf import pathlib import time print(tf.__version__) #
画像データのダウンロード data_root_orig = tf.keras.utils.get_file( origin='https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/ flower_photos.tgz', fname='flower_photos', untar=True) data_root = pathlib.Path(data_root_orig) # ラベルの取得とインデックス割り当て label_names = sorted(item.name for item in data_root.glob('*/') if item.is_dir()) label_to_index = dict((name, index) for index,name in enumerate(label_names)) ⽐較対象︓ tf.keras で ImageDataGeneratorの flow_from_directory を使⽤
# ImageDataGeneratorの設定 image_size = (192, 192) batch_size = 40 def
rescale_for_mobilenet(input): return 2*(input/255.0) - 1.0 image_data_generator = tf.keras.preprocessing.image.ImageDataGenerator( preprocessing_function=rescale_for_mobilenet) train_generator = image_data_generator.flow_from_directory(data_root, target_size=image_size, batch_size=batch_size) # モデルの構築 mobile_net = tf.keras.applications.MobileNetV2(input_shape=(192, 192, 3), include_top=False) mobile_net.trainable=False model = tf.keras.Sequential([ mobile_net, tf.keras.layers.GlobalAveragePooling2D(), tf.keras.layers.Dense(len(label_names), activation='softmax')]) # モデルのコンパイル model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['acc']) # モデルの訓練 start_time = time.perf_counter() model.fit_generator(train_generator, epochs=10, verbose=2) end_time = time.perf_counter() train_time = end_time - start_time print("Training Time: {} sec.".format(train_time))
簡易ベンチマーク結果 構成 学習時間(10エポック) tensorflow/tensorflow :latest-gpu-py3 CUDA 10.0 TensorFlow 2.0.0 nvcr.io/nvidia/tensorflow
: 19.09-py3 CUDA 10.1 TensorFlow 1.14.0 Tf.keras + ImageDataGenerator (リサイズ+標準化のみ) 125.22 Sec. 112.45 Sec. 116.36 Sec.(Profiling) Tf.data / map.cache.shuffle.repeat.batch.pr efetch (リサイズ+標準化のみ) 28.462 Sec. 21.653 Sec. 23.128 Sec.(Profiling) Tf.data / map.cache(file).shuffle.repeat.batc h.prefetch (リサイズ+標準化のみ) 28.996 Sec.(1回⽬) 28.594 Sec.(2回⽬) 19.761 Sec.(1回⽬) 19.072 Sec.(2回⽬) Tf.keras + ImageDataGenerator (データ拡張あり) 259.82 Sec. 261.05 Sec 261.81 Sec. (Profiling) Tf.data/map.cache.shuffle.repeat. map(aug).batch.prefetch (データ拡張あり) 24.218 Sec. 20.184 Sec. 22.493 Sec. (Profiling)
PROFILING
ProfilingでGPUの使⽤状況を 可視化する ▪ かつてはnvprofとNVIDIA Visual Profiler(nvvp)が使われて いたが、最近のGPUでは動かないらしい ▪ NVIDIA Nsight
Systemsを使⽤してプロファイリング ▪ https://developer.nvidia.com/nsight-systems ▪ ローカルシステムやリモートシステムにSSHで接続しても プロファイリング可能だが、今回はDocker環境のため、 CLIのnsysをDocker内で起動してプロファイルを取得した。
tf.keras + ImageDataGenerator
tf.data + map.cache.shuffle.repeat.batch.prefetch