Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Sign up for free
Menu
Search
Features
All features
Private URLs
Password Protection
Custom URLS
Scheduled publishing
Remove Branding
Restrict embedding
Deck Collections
Notes
Features
All features
Private URLs
Password Protection
Custom URLS
Scheduled publishing
Remove Branding
Restrict embedding
Deck Collections
Notes
Explore
Featured decks
Featured speakers
Programming
Technology
Storyboards
Explore
Featured decks
Featured speakers
Programming
Technology
Storyboards
Pricing
Search
Sign in
Sign up for free
GPUをフル活用するためのtf.dataの使い方
Search
masa-ita
November 02, 2019
Technology
1.1k
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
250
Run Instant NeRF on Docker
itagakim
1
2.4k
3D Clustering and Metric Learning
itagakim
0
430
Cloud TPUの使い方〜BigBirdの日本語学習済みモデルを作る〜
itagakim
0
770
多言語学習済みモデルmT5とは?
itagakim
1
800
AWSのGPUを安く使ってTensorFlowモデルを訓練する方法
itagakim
0
430
最近の自然言語処理モデルの動向
itagakim
1
610
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
390
AWSとTerraform初心者がやってみたこと
itagakim
1
540
Other Decks in Technology
See All in Technology
[2026 Oracle Technical Deep Dive] AI時代のデータベース基盤をどう選ぶ? Exadata Database Serviceの選択肢と使い分け (2026年9月17日開催)
oracle4engineer
PRO
0
170
AWS DevOps Agent スキルをつかいこなそう / Master AWS DevOps Agent Skills
kinunori
2
660
キャリアLT今日までそして明日から
kentapapa
1
140
検証フェーズはAIの回答を判断するための学習機会
toru_kubota
2
270
10年欲しかった音楽管理アプリを、AIと一緒に作りはじめた
judau
1
200
企業の現実世界をグラフで写し取る
sansantech
PRO
0
240
認知負荷を吸収し、プロダクトをまたぐPR Preview基盤の設計事例
taiki45
2
570
インバスケット試験対策アプリを 作って見えたAIエージェント構築 ナレッジ2選
shichijoyuhi
1
110
Swap and Memory Reclaim - Squeezing Out More RAM
ennael
PRO
1
1.5k
あなたの知らないAmazon VPC Route Server/Amazon VPC Route Server you don't know about
masakiokuda
2
210
Databricksメトリクスビューはじめてのもくもく会
taka_aki
0
160
データ品質を壊しながらSnowflakeのAIに分析させてみた
kawanago
0
370
Featured
See All Featured
Leadership Guide Workshop - DevTernity 2021
reverentgeek
1
380
Heart Work Chapter 1 - Part 1
lfama
PRO
10
36k
Pawsitive SEO: Lessons from My Dog (and Many Mistakes) on Thriving as a Consultant in the Age of AI
davidcarrasco
0
250
Navigating Algorithm Shifts & AI Overviews - #SMXNext
aleyda
1
1.6k
RailsConf & Balkan Ruby 2019: The Past, Present, and Future of Rails at GitHub
eileencodes
141
35k
Done Done
chrislema
187
17k
Learning to Love Humans: Emotional Interface Design
aarron
275
41k
Have SEOs Ruined the Internet? - User Awareness of SEO in 2025
akashhashmi
0
510
Creating an realtime collaboration tool: Agile Flush - .NET Oxford
marcduiker
35
2.6k
Organizational Design Perspectives: An Ontology of Organizational Design Elements
kimpetersen
PRO
1
840
Stop Working from a Prison Cell
hatefulcrawdad
274
21k
Paper Plane (Part 1)
katiecoart
PRO
2
11k
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