تعلم الآلة 101
M11 · L01
التعلم العميق في التطبيق

التدريب على نطاق واسع

من وحدة GPU واحدة إلى الآلاف — الأجهزة والخوارزميات والأُطر التي تجعل التعلم الآلي الضخم ممكنًا.

01 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
الأجهزة

GPU وTPU

ممر طويل في مركز بيانات بين صفّين من خزائن الخوادم العالية بأضواء حالة صغيرة، على أرضية مبلّطة.
التدريب على نطاق واسع يعمل على خزائن من المسرّعات كهذه: وحدات GPU وTPU التي تسرّع ضرب المصفوفات، قلب التدريب.
GPU
آلاف نوى CUDA · ذاكرة VRAM
TPU
دوائر مخصصة · BF16 · مجموعات حاضنة

تُسرّع وحدات GPU عمليات ضرب المصفوفات بـ 10–100 مرة عن وحدات CPU. وحدات TPU هي رقاقات Google المخصصة لأعباء عمل BF16 على نطاق واسع.

02 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
توازي البيانات

تقسيم الدُفعة

كرّر النموذج الكامل على كل GPU. قسّم الدُفعة الصغيرة. تحسب كل GPU التدرجات بشكل مستقل، ثم تُوسّط All-Reduce التدرجات قبل خطوة المحسّن.

التدرج المتوسط
\nabla_{\theta}\mathcal{L}=\frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N}\nabla_{\theta}\mathcal{L}_i
03 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
PyTorch DDP

تداخل التواصل والحساب

تبدأ DDP في تزامن التدرجات بينما لا يزال التمرير الخلفي يعمل — تنتقل تدرجات الطبقات الأولى عبر الشبكة بينما تُفرّق الطبقات الأخيرة. يُخفي هذا زمن انتظار التواصل خلف الحساب.

قاعدة التوسع الخطي
ضاعف معدل التعلم N مرة عند استخدام N وحدة GPU. تُستخدم جداول الإحماء لاستقرار التدريب عند الدُفعات الكبيرة.
04 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
توازي النماذج

عندما لا يتسع النموذج

  • توازي الأنابيب — خصّص مجموعات طبقات لوحدات GPU مختلفة؛ استخدم دُفعات صغيرة لإخفاء الفقاعات
  • توازي الموترات — قسّم مصفوفات الأوزان عبر وحدات GPU؛ يتطلب عرض نطاق NVLink
  • التوازي ثلاثي الأبعاد — اجمع الاستراتيجيات الثلاث لما قبل تدريب LLM
05 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
ZeRO وFSDP

جزّئ كل شيء عبر وحدات GPU

  • ZeRO-1 — تجزئة حالة المحسّن فقط
  • ZeRO-2 — تجزئة حالة المحسّن + التدرجات
  • ZeRO-3 / FSDP — تجزئة المعاملات + التدرجات + حالة المحسّن؛ يُتيح نماذج بتريليونات المعاملات
  • ZeRO-Infinity — إلغاء تحميل إلى CPU / NVMe عند نفاد VRAM
06 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
الدقة المختلطة

BF16 مقابل FP16

  • FP16 — توفير ضعف الذاكرة؛ نطاق ديناميكي محدود؛ يحتاج تحجيم الخسارة
  • BF16 — نفس النطاق الديناميكي لـ FP32؛ لا حاجة لتحجيم الخسارة؛ مفضل على Ampere/Hopper
  • احتفظ بأوزان رئيسية FP32 لخطوة تحديث المحسّن
  • استخدم torch.cuda.amp.autocast للدقة المختلطة التلقائية
07 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
ميزانية الذاكرة

تفصيل الذاكرة المختلطة

لنموذج يحتوي على P معامل، إجمالي الذاكرة لكل GPU في التدريب بالدقة المختلطة هو:

الذاكرة (بايت)
16P\text{ bytes}\;=\;2P+2P+4P+8P

يُضيف محسّن Adam موترَين بـ FP32 (اللحظة الأولى + الثانية)، ما يمثّل 8P بايت.

08 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
حيل الذاكرة

تجميع التدرجات ونقاط التفتيش

تجميع
محاكاة دُفعة كبيرة · بدون VRAM إضافية
تفتيش
إعادة حساب التنشيطات · توفير 5–10× VRAM

التجميع: عالج K دُفعات صغيرة، اجمع التدرجات، حدّث مرة واحدة. نقاط التفتيش: تجاهل التنشيطات أثناء التمرير الأمامي، أعد حسابها أثناء التمرير الخلفي.

09 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
أُطر الحوسبة الموزعة

النظام البيئي

  • PyTorch DDP — توازي البيانات القياسي؛ تزامن تدرجات متداخل
  • PyTorch FSDP — تجزئة بأسلوب ZeRO-3؛ دعم أصلي في PyTorch 2.x
  • DeepSpeed — ZeRO-1/2/3 + إلغاء تحميل NVMe؛ لتدريب LLM
  • Megatron-LM — توازي ثلاثي الأبعاد على مجموعات NVLink
  • HF Accelerate — مُشغّل موحّد: نفس السكريبت على GPU واحدة أو 1000
10 / 13
تعلم الآلة 101
M11 · L01
التعلم الآلي السحابي

مجموعات عند الطلب

  • AWS SageMaker — مهام مُدارة، مثيلات فورية، تكامل S3
  • GCP Vertex AI — TPU + GPU أصلي؛ JAX / TF / PyTorch
  • Azure ML — شبكات RDMA، تكامل DeepSpeed
  • GPU الفورية / القابلة للاستباق: أرخص بـ 60–90%؛ يجب حفظ نقاط تفتيش متكررة والاستئناف بعد الاستباق
11 / 13
تعلم الآلة 101
التدريب على نطاق واسع

تحقّق ممّا ترسّخ

أربعة أسئلة عن التوازي والذاكرة والدقة المختلطة — من يتصفّح سريعًا سيخطئها.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

12 / 13
تعلم الآلة 101
النقاط الرئيسية
ملخص

النقاط الرئيسية

  • تُوازي وحدات GPU عمليات المصفوفات؛ تتخصص وحدات TPU في BF16 بعرض نطاق واسع
  • توازي البيانات: كرّر النموذج، قسّم الدُفعة، وسّط التدرجات عبر All-Reduce
  • توازي الأنابيب + الموترات + ZeRO/FSDP للنماذج التي تتجاوز VRAM GPU منفردة
  • الدقة المختلطة BF16: توفير 2× من الذاكرة مع نفس النطاق الديناميكي لـ FP32
  • تجميع التدرجات يُحاكي الدُفعات الكبيرة؛ نقاط التفتيش توفّر VRAM على حساب الحساب
  • تُتيح المنصات السحابية مجموعات GPU/TPU عند الطلب بأسعار فورية مخفضة
13 / 13