224秒！ImageNet上訓練ResNet-50最佳戰績出爐，索尼下血本破紀錄

夏乙 岳排槐 發自 亞龍灣

量子位 出品 | 公眾號 QbitAI

索尼大法好。

索尼自己說。

剛剛，索尼在arXiv上發文宣布：他們用224秒在ImageNet上完成了ResNet-50訓練，沒有明顯的準確率損失。

而且訓練誤差曲線與參考曲線非常相似。最大的mini-batch size可以增大到119K而沒有明顯的準確率損失，不過進一步增大到136K時準確率會降低約0.5%。

這是索尼給出的對比。

在ImageNet/ResNet-50上的訓練時間和top-1 1-crop驗證準確率對比。

從這個表格可以看出，斜刺里殺出的索尼，堪稱完勝。比騰訊今年6月創造的成績還要好。比前幾年的成績，更是多個數量級的進步。

關於上表中騰訊的成績，有些同學可能會有疑問：不是4分鐘嗎？

情況是這樣的，騰訊今年6月的「4分鐘訓練ImageNet」，指的是AlexNet網路；而上面列出的，是訓練ResNet-50網路需要的時間和達到的準確率。

插播一個花絮，上表中騰訊公司的Xianyan Jia，現在已經供職於阿里巴巴了……

當然，索尼也是下了血本。為了達到這個成績，動用了更多的GPU。不過索尼自己也說，他們的方法也能更有效的利用大規模GPU。

在訓練速度和GPU規模效率上，索尼把自己的方法與單節點（4個GPU）進行了對比。下面這個表格顯示了當mini-batch size設置為32時，不同GPU數量的效率。

在ImageNet/ResNet-50上訓練的GPU規模效率

如上表所示，當索尼使用1088個GPU時，規模效率超過90%。騰訊之前的工作中，使用1024個Tesla P40，GPU的規模效率為87.9%。

索尼表示，他們的互聯方案能基於更快（Tesla V100）和更多的GPU，實現更高的GPU規模效率。

兩件裝備

更快的訓練速度，更高的GPU規模化效率來自兩件加速裝備：

一是針對大批次（batch）訓練不穩定問題的批次大小控制，二是2D-Torus all-reduce，降低了梯度同步的通信開銷。

它們所解決的，正是困擾大規模分散式深度學習訓練的兩個問題。

所謂批次大小控制，是指在訓練過程中逐漸提升批次的整體大小。每當訓練的損失圖變「平」，就提大批次，這樣有助於避開局部最小值。

在這個224秒訓練完ImageNet的方案中，批次大小超過32k時，索尼五人組用這種方法來防止準確率的下降。

而2D-Torus All-reduce，是一種「高效的」通信拓撲結構。不像之前的Ring All-redice等演算法，就算有上千個GPU，2D-Torus all-reduce也能完全利用它們的帶寬。

2D-Torus拓撲結構如上圖所示。這種結構下，簇里的GPU排列在2D網格中，all-reduce由3步組成：1) 水平進行的reduce-scatter、2) 垂直進行的all-reduce、水平進行的all-gather。

上面提到的兩件加速裝備，都是用索尼自家神經網路庫Neural Network Libraries（NNL）實現的，這個庫還有個可能稍微更為人所熟知一點的名字：nnabla。

在nnabla這個名字里，nn代表神經網路（neural network）的縮寫，而nabla代表梯度的數學符號?。

2017年6月，索尼在GitHub上開源了這個庫，repo名叫nnabla。它在GitHub上一直在活躍更新，現在有2000多星，226次fork。

nnabla基本用C++11寫成，讓用戶能直觀地用少量代碼定義計算圖，帶有CUDA擴展，能添加新函數，支持動態計算圖，可以在Linux和Window上運行。

地址在這裡：https://github.com/sony/nnabla

最後，附上這篇224秒訓練ImageNet/ResNet-50：

ImageNet/ResNet-50 Training in 224 Seconds

https://arxiv.org/abs/1811.05233

—完—

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