分布式并行策略

1.数据并行（DP）

将小批量分为n块，每个GPU拿到完整参数计算一块数据的梯度。（通常性能会更好）

假如一个批量有128个样本，然后有2个GPU，那么每个GPU可以拿到64个样本。（每个GPU计算完这部分样本的梯度后，会将所i有的梯度加起来，就会完成小批量的梯度的计算。）

所有梯度相加其实是完整的梯度，模型本质只有一份，进行模型更新，每个gpu模型保存一致。

数据并行又包含：DDP、FSDP等。

2.模型并行（MP）

将模型分成n块，每个GPU拿到一块模型计算他的前向和反向结果。

例如：有一个100层的Resnet，有两个GPU，那么一个gpu拿50层，另外一个gpu拿另外50层。第0号gpu计算完成后，把结果给gpu1，gpu1接着在往下计算。算梯度时倒过计算。gpu0计算式gpu1可能会空着，gpu1计算式gpu0可能会空着性能难以优化。一般是用于单个gpu无法加载模型的情况。

从单机多卡拓展到分布式训练：

①数据存放的不同：数据可能放在一个分布式的文件系统上（而不是机器本地的硬盘上），所有的机器都可以去读取这个样本（分开存在不同的磁盘上）。收发参数，从一个网络跑到另一个网络。

②读取参数：通过网络读取。

③收发梯度：从一个gpu拷贝到另一个gpu。现在是通过网络从一台跑到另一台机器。

④性能方面的区别：

GPU机器架构：

（GPU与GPU之间通讯很快的，GPU到CPU之间通讯会降（5倍或10倍，通过PCIe通讯的），如果跨机器，通讯会降得更多。）尽量本地多通讯，实在不行可以取内存走一走，尽量避免多个机器通讯。

在做分布式时，尽量减少跨机器通讯。

⑤在做分布式训练时，怎么减少跨机器的通讯：

读入样本，假设有两台机器，每个机器有一张卡，一共有100个样本，则每台机器拿到50，每个卡拿到25（先复制到每个机器的内存，再复制到每个gpu的内存）。每个机器从参数服务器上拿到模型，模型是被复制到每个gpu上（每次从（假设有个server）server上拿到一个模型到主内存，之后在复制到gpu上），开始每个gpu计算自己的梯度，现在本地做all reduce(把每个gpu的梯度累加到主内存上)，加完之后再把梯度发出去（梯度传回服务器）。

同步SGD：

所以就有当你的bs固定，lr固定，增加gpu的数量，是不会影响模型收敛的。

性能：

如果计算时间>>通讯时间那么主要就是计算时间，反之会导致gpu等待。增加样本数不会影响通讯时间，因为通讯时参数是批量发出去（增大b，t1会增大,t2不会）。一般t1比t2大20-30%左右。（但是增大b，训练有效性会降低，会导致收敛变慢，需要更多epoch达到需要精度；如果一个批量中有很多相似的冗余照片，每个样本计算出来的梯度都是相同的，对梯度贡献相同，所以最好小批量中数据多样性较大，bs大小取决于数据集的多样性和优化算法，一般不要超过10*类别数）。

性能的权衡：

做并行的建议：

使用一个大的数据集；
好的GPU-GPU和机器-机器带宽。好的主板，gpu和gpu之间的带宽、gpu和cpu之间的带宽很高；
高效的数据读取和预处理；
模型有较好的计算（FLOP）通讯（model size）比；
Inception>resnet>alexnet
使用足够大的批量大小获得好的系统性能；
使用高效的优化算法对应大批量大小。

模型并行又包含：张量并行（TP）和流水线并行(PP)。

3.通道并行（数据+模型并行）

当一个模型能够用单卡计算，通常使用数据并行拓展到多张卡。

模型并行则用于单张卡无法加载模型的情况。

分布式训练效果，时间并没有缩短有很多原因，有可能是data读起来比较慢、gpu增加但是batchsize没有增加（例如gpu从1变为2,但是batchsize仍然是256，原来一个gpu可以处理256个样本，现在换成2个GPU，每个只能处理128个样本，本来lr已经足够小，batchsize变小，计算性能会变低。）所以增加gpu,最好每个gpu仍然能拿到同样的batchsize，但是收敛可能会变慢，可以适当增加lr。