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web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小

發布時間:2021-09-18 18:33:15 來源:億速云 閱讀:154 作者:小新 欄目:web開發

這篇文章主要介紹web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小,文中介紹的非常詳細,具有一定的參考價值,感興趣的小伙伴們一定要看完!

前言

torch.FatalError: cuda runtime error (2) : out of memory at /opt/conda/conda-bld/pytorch_1524590031827/work/aten/src/THC/generic/THCStorage.cu:58

想必這是所有煉丹師們最不想看到的錯誤,沒有之一。

OUT OF MEMORY ,顯然是顯存裝不下你那么多的模型權重還有中間變量,然后程序奔潰了。怎么辦,其實辦法有很多,及時清空中間變量,優化代碼,減少batch,等等等等,都能夠減少顯存溢出的風險。

但是這篇要說的是上面這一切優化操作的基礎,如何去計算我們所使用的顯存。學會如何計算出來我們設計的模型以及中間變量所占顯存的大小,想必知道了這一點,我們對自己顯存也就會得心應手了。

如何計算

首先我們應該了解一下基本的數據量信息:

  • 1 G = 1000 MB

  • 1 M = 1000 KB

  • 1 K = 1000 Byte

  • 1 B = 8 bit

好,肯定有人會問為什么是1000而不是1024,這里不過多討論,只能說兩種說法都是正確的,只是應用場景略有不同。這里統一按照上面的標準進行計算。

然后我們說一下我們平常使用的向量所占的空間大小,以Pytorch官方的數據格式為例(所有的深度學習框架數據格式都遵循同一個標準):

web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小

我們只需要看左邊的信息,在平常的訓練中,我們經常使用的一般是這兩種類型:

  • float32 單精度浮點型

  • int32 整型

一般一個8-bit的整型變量所占的空間為 1B 也就是 8bit 。而32位的float則占 4B 也就是 32bit 。而雙精度浮點型double和長整型long在平常的訓練中我們一般不會使用。

ps:消費級顯卡對單精度計算有優化,服務器級別顯卡對雙精度計算有優化。

也就是說,假設有一幅RGB三通道真彩色圖片,長寬分別為500 x 500,數據類型為單精度浮點型,那么這張圖所占的顯存的大小為:500 x 500 x 3 x 4B = 3M。

而一個(256,3,100,100)-(N,C,H,W)的FloatTensor所占的空間為256 x 3 x 100 x 100 x 4B = 31M

不多是吧,沒關系,好戲才剛剛開始。

顯存去哪兒了

看起來一張圖片(3x256x256)和卷積層(256x100x100)所占的空間并不大,那為什么我們的顯存依舊還是用的比較多,原因很簡單,占用顯存比較多空間的并不是我們輸入圖像,而是神經網絡中的中間變量以及使用optimizer算法時產生的巨量的中間參數。

我們首先來簡單計算一下Vgg16這個net需要占用的顯存:

通常一個模型占用的顯存也就是兩部分:

  • 模型自身的參數(params)

  • 模型計算產生的中間變量(memory)

web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小

圖片來自cs231n,這是一個典型的sequential-net,自上而下很順暢,我們可以看到我們輸入的是一張224x224x3的三通道圖像,可以看到一張圖像只占用 150x4k ,但上面是 150k ,這是因為這里在計算的時候默認的數據格式是8-bit而不是32-bit,所以最后的結果要乘上一個4。

我們可以看到,左邊的memory值代表:圖像輸入進去,圖片以及所產生的中間卷積層所占的空間。我們都知道,這些形形色色的深層卷積層也就是深度神經網絡進行“思考”的過程:

web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小

圖片從3通道變為64 --> 128 --> 256 --> 512 .... 這些都是卷積層,而我們的顯存也主要是他們占用了。

還有上面右邊的params,這些是神經網絡的權重大小,可以看到第一層卷積是3x3,而輸入圖像的通道是3,輸出通道是64,所以很顯然,第一個卷積層權重所占的空間是 (3 x 3 x 3) x 64。

另外還有一個需要注意的是中間變量在backward的時候會翻倍!

舉個例子,下面是一個計算圖,輸入 x ,經過中間結果 z ,然后得到最終變量 L :

web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小

我們在backward的時候需要保存下來的中間值。輸出是 L ,然后輸入 x ,我們在backward的時候要求 L 對 x 的梯度,這個時候就需要在計算鏈 L 和 x 中間的 z :

web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小

dz/dx 這個中間值當然要保留下來以用于計算,所以粗略估計, backward 的時候中間變量的占用了是 forward 的兩倍!

優化器和動量

要注意,優化器也會占用我們的顯存!

為什么,看這個式子:

web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小

上式是典型的SGD隨機下降法的總體公式,權重 W 在進行更新的時候,會產生保存中間變量web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小 ,也就是在優化的時候,模型中的params參數所占用的顯存量會翻倍。

當然這只是SGD優化器,其他復雜的優化器如果在計算時需要的中間變量多的時候,就會占用更多的內存。

模型中哪些層會占用顯存

有參數的層即會占用顯存的層。我們一般的卷積層都會占用顯存,而我們經常使用的激活層Relu沒有參數就不會占用了。

占用顯存的層一般是:

  • 卷積層,通常的conv2d

  • 全連接層,也就是Linear層

  • BatchNorm層

  • Embedding層

而不占用顯存的則是:

  • 剛才說到的激活層Relu等

  • 池化層

  • Dropout層

具體計算方式:

  • Conv2d(Cin, Cout, K): 參數數目:Cin × Cout × K × K

  • Linear(M->N): 參數數目:M×N

  • BatchNorm(N): 參數數目: 2N

  • Embedding(N,W): 參數數目: N × W

額外的顯存

總結一下,我們在總體的訓練中,占用顯存大概分以下幾類:

  • 模型中的參數(卷積層或其他有參數的層)

  • 模型在計算時產生的中間參數(也就是輸入圖像在計算時每一層產生的輸入和輸出)

  • backward的時候產生的額外的中間參數

  • 優化器在優化時產生的額外的模型參數

但其實,我們占用的顯存空間為什么比我們理論計算的還要大,原因大概是因為深度學習框架一些額外的開銷吧,不過如果通過上面公式,理論計算出來的顯存和實際不會差太多的。

以上是“web開發中怎么計算模型以及中間變量的顯存占用大小”這篇文章的所有內容,感謝各位的閱讀!希望分享的內容對大家有幫助,更多相關知識,歡迎關注億速云行業資訊頻道!

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