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[Feature]: 动态图支持张量并行

mindspore/mindspore#ID2LEZ·9071·Python·300 天未动·9 条评论·上游最近活跃 ·池内状态:可认领
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上游 issue 正文

### 🚀 背景描述 在大模型时代,张量并行作为最基础的分布式训练技术之一,是最为简易的将单卡无法运行的模型在多卡上进行切分的技术。现在业界大模型训练主流使用的依旧还是Megatron的方案,将模型的拆分、通信与梯度的累加、流水线并行的调度都显示的以分布式单元的形式构造出来。Megatron方案的好处是显而易见的,所有分布式的行为都展示给了用户,用户自主控制的范围很大;在前向各个位置可以方便的调试,通过hook也可以对梯度进行截取与监控,是一个完备与易于维护与进一步增量开发的分布式训练框架,因此也迅速的成为了最广泛使用的分布式训练框架。 但是到25年了,Pytorch也开始推行其原生的分布式训练方案,即围绕Dtensor为核心的针对张量切分进行建模的方案Torch Titan,同时字节也基于Torch的Dtensor推出了VeOmni框架;更早一些时间,Jax/OneFlow也就构建Dtensor的方案,并作为最核心的推广点。这说明大家其实也看到了Megatron方案的弊端,即并行与模型深度的绑定,每次切换并行策略需要大量的基础单元重写,比如MOE场景的tp转ep,在shard的视角仅仅是一个并行策略的切换,但是在Megatron实现中,就需要定义不同的分布式单元。 过去,MindSpore一直基于静态图演进以Dtensor为核心的张量并行等功能,为了更加的易用与开放,现在我们基于动态图来支持Shard范式的张量并行编程。 ### 设计思路 2、MindSpore张量并行设计 张量并行过去在MindSpore内部我们一般称为算子级并行,因为本质上张量都是作用于算子上,张量的切分本质上是对算子进行切分的建模。要介绍张量并行,我们首先要介绍一下Layout这个数据结构,Layout数据结构描述的是张量在多卡上是如何进行排布的。 2.1、 Layout对象 我们使用Layout来表达张量的分布式排布,内部包含3个成员: Layout(device_matrix, alias_name, rank_list=None) 输入: · device_matrix: 描述集群中卡号的逻辑排布方式,如果rank_list为None,则卡号按0开始 · alias_name:device_matrix中每个轴的别名 · rank_list(可选):device_matrix对应的设备列表 输出: 返回一个Layout对象实例 比如:layout = Layout((4, 2), ("dp", "mp"), (0,1,2,3,4, 5, 6, 7)),设备矩阵为(4, 2),描述了设备排列为4行2列,而我们分别为其两个设备的轴取别名dp/mp,这是为了对应于模型层面的数据并行、模型并行概念等,实际训练中我们还会额外定义cp/ep等等。设备按rank号的逻辑排布如下: ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1760928414168863273/d46c326e_6575241.png "屏幕截图") 设备矩阵示意 通过对Layout对象实例传入轴别名列表,能指定对应的切分表达,如: layout = Layout((2, 2), ("dp", "mp")) Tensor.shard(layout("dp", "None")) 表示将张量的行切分到设备矩阵的“dp”轴, 而列不切分 (注:“None”是特殊的轴别名,使用时表示该维度不切分) 对于一个二维张量, 可以通过layout来表达它的各种切分形态: ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1760931567585675067/70af0d2f_6575241.png "屏幕截图") layout切分示意 注:各种颜色的内容代表不同的卡上所拥有的数据,比如layout("dp", "mp")中橙色的内容,代表rank0上拥有的数据内容为0和2。 各种切分形态之间可以通过重排进行转换,示意如下: ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1760931590474087134/e5da3b43_6575241.png "屏幕截图") 张量转换示意 2.2、 算子切分建模 针对每个算子进行切分的建模,是整个张量并行的能力构建核心,即从算子输入张量的切分(即Layout),如何推导出输出张量的切分,当我们对网络中每个进行了张量切分的建模是,那么从输入的Layout既可以推导出输出的Layout,当然中间涉及到产生通信的位置,通过指定特定的切分策略来通过张量重排来产生相应的通信行为;在内部培训时候,我们通常喜欢使用MatMul算子的切分建模来介绍这个功能,因此这里我们…
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