数学建模社区-数学中国
标题:
为什么深度学习模型在 GPU 上运行得更快
[打印本页]
作者:
2744557306
时间:
2024-4-27 09:39
标题:
为什么深度学习模型在 GPU 上运行得更快
如今,当我们谈论深度学习时,通常会将其实现与利用 GPU 来提高性能联系起来。
' T5 k! Z; l5 _* X
( t" X' b) u* v. k+ K; S" z
GPU(图形处理单元)最初设计用于加速图像、2D 和 3D 图形的渲染。然而,由于它们能够执行许多并行操作,因此它们的实用性超出了深度学习等应用程序。
7 m' C1 a' D- `3 P' ?; o8 x
8 D9 A3 B6 U) ]* {' g) _( E! F
GPU 在深度学习模型中的使用始于 2000 年代中后期,并在 2012 年左右随着 AlexNet 的出现而变得非常流行。 AlexNet 是由 Alex Krizhevsky、Ilya Sutskever 和 Geoffrey Hinton 设计的卷积神经网络,于 2012 年赢得了 ImageNet 大规模视觉识别挑战赛 (ILSVRC)。这一胜利标志着一个里程碑,因为它证明了深度神经网络在图像分类和识别方面的有效性。使用 GPU 训练大型模型。
0 J" w% F) H! Q) ~* S! L$ ?
* s0 o& C8 D! a: C0 _% Y7 E$ J
这一突破之后,使用 GPU 进行深度学习模型变得越来越流行,这促成了 PyTorch 和 TensorFlow 等框架的创建。
/ m3 e8 I! T% y/ }6 q1 j
. }1 X. x% O" T/ I1 c
现在,我们只是在 PyTorch 中编写 .to(“cuda”) 来将数据发送到 GPU,并期望加速训练。但深度学习算法在实践中如何利用 GPU 的计算性能呢?让我们来看看吧!
4 g, w$ s% Q/ P0 H
b8 U- M' L \% u/ J/ a8 @6 n
神经网络、CNN、RNN 和 Transformer 等深度学习架构基本上都是使用矩阵加法、矩阵乘法和将函数应用于矩阵等数学运算来构建的。因此,如果我们找到一种方法来优化这些操作,我们就可以提高深度学习模型的性能。
* a' K7 t! V$ P' Y. ]% ~/ T4 l
正如您所注意到的,计算机必须迭代向量,在每次迭代中按顺序添加每对元素。但这些操作是相互独立的。第 i 对元素的添加不依赖于任何其他对。那么,如果我们可以同时执行这些操作,并行添加所有元素对呢?
1 `+ t9 j% A8 |: x- o6 o
1 V$ ?0 b& r0 p7 w% ~" D6 h! I' t
一种简单的方法是使用 CPU 多线程来并行运行所有计算。然而,当涉及深度学习模型时,我们正在处理包含数百万个元素的大量向量。一个普通的CPU只能同时处理大约十几个线程。这就是 GPU 发挥作用的时候!现代 GPU 可以同时运行数百万个线程,从而增强了海量向量上的数学运算的性能。
4 ~. m% g: e% v
, P$ |+ t7 h7 ?, A, q
GPU 与 CPU 比较
: C3 A W& o X0 p7 S! q
尽管对于单个操作,CPU 计算可能比 GPU 更快,但 GPU 的优势依赖于其并行化能力。其原因是它们的设计目标不同。 CPU 的设计目的是尽可能快地执行一系列操作(线程)(并且只能同时执行数十个操作),而 GPU 的设计目的是并行执行数百万个操作(同时牺牲单个线程的速度)。
$ z. R$ c$ H; j3 Z% \( r+ L- ~
0 t4 t0 q7 D: i9 F9 D$ T6 d
为了说明这一点,可以将 CPU 想象成一辆法拉利,将 GPU 想象成总线。如果您的任务是运送一个人,那么法拉利(CPU)是更好的选择。然而,如果您要运送几个人,即使法拉利(CPU)每次行程更快,公共汽车(GPU)也可以一次性运送所有人,比法拉利多次运送路线更快。因此,CPU 更适合处理顺序操作,GPU 更适合处理并行操作
6 P. l; K$ X: b" ^$ m4 a
————————————————
2 h, b4 D& A6 V. `& c
0 I7 |2 C' p9 w$ j9 P% i; g. G
版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
# ^- Q& H( f5 C. G! `
+ ^0 N8 r, N" |/ g2 N/ j4 S
原文链接:https://blog.csdn.net/weixin_42010722/article/details/138213121
1 N1 }+ Y4 O7 n0 f4 @3 H/ P- s
2 Q0 {: j7 x( n4 M3 J* ^
5 [6 b# A* w0 G5 S4 g% N: M
欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/)
Powered by Discuz! X2.5