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Este guia demonstra como migrar seus fluxos de trabalho executados em TPUs da API TPUEstimator do TPUEstimator 1 para a API TPUStrategy do TPUStrategy 2.
- No TensorFlow 1, a API
tf.compat.v1.estimator.tpu.TPUEstimatorpermite treinar e avaliar um modelo, além de realizar inferências e salvar seu modelo (para veiculação) em TPUs (nuvem). - No TensorFlow 2, para realizar treinamento síncrono em TPUs e TPU Pods (uma coleção de dispositivos TPU conectados por interfaces de rede dedicadas de alta velocidade), você precisa usar uma estratégia de distribuição de TPU
tf.distribute.TPUStrategy. A estratégia pode funcionar com as APIs Keras — inclusive para construção de modelos (tf.keras.Model), otimizadores (tf.keras.optimizers.Optimizer) e treinamento (Model.fit) — bem como um loop de treinamento personalizado (comtf.functionetf.GradientTape).
Para exemplos completos do TensorFlow 2, confira o guia Use TPUs , ou seja, a seção Classificação em TPUs , e o tutorial Resolver tarefas GLUE usando BERT em TPU . Você também pode achar útil o guia de treinamento distribuído , que abrange todas as estratégias de distribuição do TensorFlow, incluindo TPUStrategy .
Configurar
Comece com importações e um conjunto de dados simples para fins de demonstração:
import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf1
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/requests/__init__.py:104: RequestsDependencyWarning: urllib3 (1.26.8) or chardet (2.3.0)/charset_normalizer (2.0.11) doesn't match a supported version! RequestsDependencyWarning)
features = [[1., 1.5]]
labels = [[0.3]]
eval_features = [[4., 4.5]]
eval_labels = [[0.8]]
TensorFlow 1: conduza um modelo em TPUs com TPUEstimator
Esta seção do guia demonstra como realizar treinamento e avaliação com tf.compat.v1.estimator.tpu.TPUEstimator no TensorFlow 1.
Para usar um TPUEstimator , primeiro defina algumas funções: uma função de entrada para os dados de treinamento, uma função de entrada de avaliação para os dados de avaliação e uma função de modelo que informa ao TPUEstimator como a operação de treinamento é definida com os recursos e rótulos:
def _input_fn(params):
dataset = tf1.data.Dataset.from_tensor_slices((features, labels))
dataset = dataset.repeat()
return dataset.batch(params['batch_size'], drop_remainder=True)
def _eval_input_fn(params):
dataset = tf1.data.Dataset.from_tensor_slices((eval_features, eval_labels))
dataset = dataset.repeat()
return dataset.batch(params['batch_size'], drop_remainder=True)
def _model_fn(features, labels, mode, params):
logits = tf1.layers.Dense(1)(features)
loss = tf1.losses.mean_squared_error(labels=labels, predictions=logits)
optimizer = tf1.train.AdagradOptimizer(0.05)
train_op = optimizer.minimize(loss, global_step=tf1.train.get_global_step())
return tf1.estimator.tpu.TPUEstimatorSpec(mode, loss=loss, train_op=train_op)
Com essas funções definidas, crie um tf.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver que forneça as informações do cluster e um objeto tf.compat.v1.estimator.tpu.RunConfig . Junto com a função de modelo que você definiu, agora você pode criar um TPUEstimator . Aqui, você simplificará o fluxo ignorando a economia de pontos de verificação. Em seguida, você especificará o tamanho do lote para treinamento e avaliação para o TPUEstimator .
cluster_resolver = tf1.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver(tpu='')
print("All devices: ", tf1.config.list_logical_devices('TPU'))
All devices: []
tpu_config = tf1.estimator.tpu.TPUConfig(iterations_per_loop=10)
config = tf1.estimator.tpu.RunConfig(
cluster=cluster_resolver,
save_checkpoints_steps=None,
tpu_config=tpu_config)
estimator = tf1.estimator.tpu.TPUEstimator(
model_fn=_model_fn,
config=config,
train_batch_size=8,
eval_batch_size=8)
WARNING:tensorflow:Estimator's model_fn (<function _model_fn at 0x7fef73ae76a8>) includes params argument, but params are not passed to Estimator.
WARNING:tensorflow:Using temporary folder as model directory: /tmp/tmp_bkua7zf
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmp_bkua7zf', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': None, '_session_config': allow_soft_placement: true
cluster_def {
job {
name: "worker"
tasks {
key: 0
value: "10.240.1.2:8470"
}
}
}
isolate_session_state: true
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': None, '_train_distribute': None, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': None, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({'worker': ['10.240.1.2:8470']}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': 'grpc://10.240.1.2:8470', '_evaluation_master': 'grpc://10.240.1.2:8470', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1, '_tpu_config': TPUConfig(iterations_per_loop=10, num_shards=None, num_cores_per_replica=None, per_host_input_for_training=2, tpu_job_name=None, initial_infeed_sleep_secs=None, input_partition_dims=None, eval_training_input_configuration=2, experimental_host_call_every_n_steps=1, experimental_allow_per_host_v2_parallel_get_next=False, experimental_feed_hook=None), '_cluster': <tensorflow.python.distribute.cluster_resolver.tpu.tpu_cluster_resolver.TPUClusterResolver object at 0x7ff288b6aa20>}
INFO:tensorflow:_TPUContext: eval_on_tpu True
Chame TPUEstimator.train para começar a treinar o modelo:
estimator.train(_input_fn, steps=1)
INFO:tensorflow:Querying Tensorflow master (grpc://10.240.1.2:8470) for TPU system metadata. INFO:tensorflow:Found TPU system: INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8 INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1 INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8 INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, -1, 2562214468325910549) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 17179869184, 7806191887455116208) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 17179869184, 4935096526614797404) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 17179869184, 6208852770722846295) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 17179869184, -4484747666522931072) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 17179869184, -8715412538518264422) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 17179869184, -3521027846460785533) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 17179869184, -6534172152637582552) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 17179869184, 4735861352635655596) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 17179869184, -411508280321075475) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 17179869184, 2431932884271560631) WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/training/training_util.py:236: Variable.initialized_value (from tensorflow.python.ops.variables) is deprecated and will be removed in a future version. Instructions for updating: Use Variable.read_value. Variables in 2.X are initialized automatically both in eager and graph (inside tf.defun) contexts. INFO:tensorflow:Calling model_fn. WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/training/adagrad.py:77: calling Constant.__init__ (from tensorflow.python.ops.init_ops) with dtype is deprecated and will be removed in a future version. Instructions for updating: Call initializer instance with the dtype argument instead of passing it to the constructor INFO:tensorflow:Bypassing TPUEstimator hook INFO:tensorflow:Done calling model_fn. INFO:tensorflow:TPU job name worker INFO:tensorflow:Graph was finalized. INFO:tensorflow:Running local_init_op. INFO:tensorflow:Done running local_init_op. WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow_estimator/python/estimator/tpu/tpu_estimator.py:758: Variable.load (from tensorflow.python.ops.variables) is deprecated and will be removed in a future version. Instructions for updating: Prefer Variable.assign which has equivalent behavior in 2.X. INFO:tensorflow:Initialized dataset iterators in 0 seconds INFO:tensorflow:Installing graceful shutdown hook. INFO:tensorflow:Creating heartbeat manager for ['/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0'] INFO:tensorflow:Configuring worker heartbeat: shutdown_mode: WAIT_FOR_COORDINATOR INFO:tensorflow:Init TPU system INFO:tensorflow:Initialized TPU in 7 seconds INFO:tensorflow:Starting infeed thread controller. INFO:tensorflow:Starting outfeed thread controller. INFO:tensorflow:Enqueue next (1) batch(es) of data to infeed. INFO:tensorflow:Dequeue next (1) batch(es) of data from outfeed. INFO:tensorflow:Outfeed finished for iteration (0, 0) INFO:tensorflow:loss = 4.462118, step = 1 INFO:tensorflow:Stop infeed thread controller INFO:tensorflow:Shutting down InfeedController thread. INFO:tensorflow:InfeedController received shutdown signal, stopping. INFO:tensorflow:Infeed thread finished, shutting down. INFO:tensorflow:infeed marked as finished INFO:tensorflow:Stop output thread controller INFO:tensorflow:Shutting down OutfeedController thread. INFO:tensorflow:OutfeedController received shutdown signal, stopping. INFO:tensorflow:Outfeed thread finished, shutting down. INFO:tensorflow:outfeed marked as finished INFO:tensorflow:Shutdown TPU system. INFO:tensorflow:Loss for final step: 4.462118. INFO:tensorflow:training_loop marked as finished <tensorflow_estimator.python.estimator.tpu.tpu_estimator.TPUEstimator at 0x7fec59ef9d68>
Em seguida, chame TPUEstimator.evaluate para avaliar o modelo usando os dados de avaliação:
estimator.evaluate(_eval_input_fn, steps=1)
INFO:tensorflow:Could not find trained model in model_dir: /tmp/tmp_bkua7zf, running initialization to evaluate.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow_estimator/python/estimator/tpu/tpu_estimator.py:3406: div (from tensorflow.python.ops.math_ops) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Deprecated in favor of operator or tf.math.divide.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Starting evaluation at 2022-02-05T13:15:25
INFO:tensorflow:TPU job name worker
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Init TPU system
INFO:tensorflow:Initialized TPU in 10 seconds
INFO:tensorflow:Starting infeed thread controller.
INFO:tensorflow:Starting outfeed thread controller.
INFO:tensorflow:Initialized dataset iterators in 0 seconds
INFO:tensorflow:Enqueue next (1) batch(es) of data to infeed.
INFO:tensorflow:Dequeue next (1) batch(es) of data from outfeed.
INFO:tensorflow:Outfeed finished for iteration (0, 0)
INFO:tensorflow:Evaluation [1/1]
INFO:tensorflow:Stop infeed thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down InfeedController thread.
INFO:tensorflow:InfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Infeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:infeed marked as finished
INFO:tensorflow:Stop output thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down OutfeedController thread.
INFO:tensorflow:OutfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Outfeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:outfeed marked as finished
INFO:tensorflow:Shutdown TPU system.
INFO:tensorflow:Inference Time : 10.80091s
INFO:tensorflow:Finished evaluation at 2022-02-05-13:15:36
INFO:tensorflow:Saving dict for global step 1: global_step = 1, loss = 116.58184
INFO:tensorflow:evaluation_loop marked as finished
{'loss': 116.58184, 'global_step': 1}
TensorFlow 2: conduza um modelo em TPUs com Keras Model.fit e TPUStrategy
No TensorFlow 2, para treinar nos trabalhadores da TPU, use tf.distribute.TPUStrategy junto com as APIs Keras para definição de modelo e treinamento/avaliação. (Consulte o guia Use TPUs para obter mais exemplos de treinamento com Keras Model.fit e um loop de treinamento personalizado (com tf.function e tf.GradientTape ).)
Como você precisa executar algum trabalho de inicialização para se conectar ao cluster remoto e inicializar os trabalhadores da TPU, comece criando um TPUClusterResolver para fornecer as informações do cluster e conectar-se ao cluster. (Saiba mais na seção de inicialização da TPU do guia Usar TPUs .)
cluster_resolver = tf.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver(tpu='')
tf.config.experimental_connect_to_cluster(cluster_resolver)
tf.tpu.experimental.initialize_tpu_system(cluster_resolver)
print("All devices: ", tf.config.list_logical_devices('TPU'))
INFO:tensorflow:Clearing out eager caches INFO:tensorflow:Clearing out eager caches INFO:tensorflow:Initializing the TPU system: grpc://10.240.1.2:8470 INFO:tensorflow:Initializing the TPU system: grpc://10.240.1.2:8470 INFO:tensorflow:Finished initializing TPU system. INFO:tensorflow:Finished initializing TPU system. All devices: [LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7', device_type='TPU')]
Em seguida, uma vez que seus dados estejam preparados, você criará um TPUStrategy , definirá um modelo, métricas e um otimizador no escopo dessa estratégia.
Para obter velocidade de treinamento comparável com TPUStrategy , você deve escolher um número para steps_per_execution em Model.compile porque ele especifica o número de lotes a serem executados durante cada chamada de tf.function e é fundamental para o desempenho. Esse argumento é semelhante ao iterations_per_loop usado em um TPUEstimator . Se você estiver usando loops de treinamento personalizados, certifique-se de que várias etapas sejam executadas na função de treinamento tf.function -ed. Acesse a seção Melhorando o desempenho com várias etapas dentro de tf.function do guia Usar TPUs para obter mais informações.
tf.distribute.TPUStrategy pode suportar formas dinâmicas limitadas, que é o caso em que o limite superior da computação de forma dinâmica pode ser inferido. Mas as formas dinâmicas podem apresentar alguma sobrecarga de desempenho em comparação com as formas estáticas. Portanto, geralmente é recomendável tornar suas formas de entrada estáticas, se possível, especialmente no treinamento. Uma operação comum que retorna uma forma dinâmica é tf.data.Dataset.batch(batch_size) , pois o número de amostras restantes em um fluxo pode ser menor que o tamanho do lote. Portanto, ao treinar na TPU, você deve usar tf.data.Dataset.batch(..., drop_remainder=True) para obter o melhor desempenho de treinamento.
dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(
(features, labels)).shuffle(10).repeat().batch(
8, drop_remainder=True).prefetch(2)
eval_dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(
(eval_features, eval_labels)).batch(1, drop_remainder=True)
strategy = tf.distribute.TPUStrategy(cluster_resolver)
with strategy.scope():
model = tf.keras.models.Sequential([tf.keras.layers.Dense(1)])
optimizer = tf.keras.optimizers.Adagrad(learning_rate=0.05)
model.compile(optimizer, "mse", steps_per_execution=10)
INFO:tensorflow:Found TPU system: INFO:tensorflow:Found TPU system: INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8 INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8 INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1 INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1 INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8 INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8 INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:localhost/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:localhost/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 0, 0) INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 0, 0)
Com isso, você está pronto para treinar o modelo com o conjunto de dados de treinamento:
model.fit(dataset, epochs=5, steps_per_epoch=10)
Epoch 1/5 10/10 [==============================] - 2s 151ms/step - loss: 0.0840 Epoch 2/5 10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 9.6915e-04 Epoch 3/5 10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 1.5100e-05 Epoch 4/5 10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 2.3593e-07 Epoch 5/5 10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 3.7059e-09 <keras.callbacks.History at 0x7fec58275438>
Por fim, avalie o modelo usando o conjunto de dados de avaliação:
model.evaluate(eval_dataset, return_dict=True)
1/1 [==============================] - 2s 2s/step - loss: 0.6127
{'loss': 0.6127181053161621}
Próximos passos
Para saber mais sobre TPUStrategy no TensorFlow 2, considere os seguintes recursos:
- Guia: Use TPUs (abrangendo treinamento com Keras
Model.fit/um loop de treinamento personalizado comtf.distribute.TPUStrategy, além de dicas sobre como melhorar o desempenho comtf.function) - Guia: treinamento distribuído com TensorFlow
Para saber mais sobre como personalizar seu treinamento, consulte:
TPUs — ASICs especializados do Google para aprendizado de máquina — estão disponíveis por meio do Google Colab , do TPU Research Cloud e do Cloud TPU .