Pathways es un sistema diseñado para permitir la creación de sistemas de aprendizaje automático a gran escala, de múltiples tareas y activados de forma dispersa. Permite el uso de miles o decenas de miles de aceleradores, con la capacidad de asignar dinámicamente cantidades variables de procesamiento para diferentes tareas según sus requisitos de procesamiento.
Pathways simplifica los cálculos de aprendizaje automático a gran escala, ya que permite que un solo cliente de JAX coordine cargas de trabajo en varias porciones de TPU grandes, que pueden abarcar miles de chips de TPU.
En Google, Pathways se usa de forma interna para entrenar modelos grandes, como Gemini. Las rutas de aprendizaje en Cloud brindan los mismos beneficios a los clientes de Google Cloud .
Antes de comenzar
Asegúrate de tener lo siguiente:
- Herramientas de Kubernetes instaladas
- Instalaste la CLI de gcloud
- Habilitaste la API de Google Kubernetes Engine
En este documento, se proporciona una descripción general de cómo usar las TPU administradas por Pathways en Google Kubernetes Engine (GKE) para cargas de trabajo interactivas, en tiempo real y por lotes. Se supone que ya sabes cómo usar las TPU con GKE, incluidas las TPU de una sola porción y las de varias porciones en Google Kubernetes Engine, así como que tienes experiencia general con las TPU de varias porciones.
Controlador único y varios controladores
Existen principalmente dos formas diferentes de administrar y organizar los cálculos en varios dispositivos:
Función |
Un solo controlador (Pathways) |
Multi-controller (predeterminado de JAX) |
Control |
Punto de control único: Un solo programa cliente actúa como el controlador central. |
Control distribuido: Participan varios procesos, cada uno con su propia instancia del intérprete de Python. |
Ver |
Vista unificada: El cliente ve todos los dispositivos como un solo sistema unificado. |
Vista localizada: Cada proceso de Python solo ve los dispositivos conectados a él. |
Programación |
Programación simplificada: Los usuarios interactúan con un solo cliente, lo que hace que el sistema parezca una sola máquina grande con muchos aceleradores locales. |
SPMD: Usa principalmente el paradigma SPMD, que requiere que todos los dispositivos ejecuten el mismo programa. |
Flexibilidad |
Admite patrones de procesamiento más complejos que SPMD, incluidos el paralelismo de canalización asimétrico y la dispersión computacional. |
Puede ser menos flexible en la administración de recursos, en especial en diferentes segmentos de TPU. |
Componentes de rutas de aprendizaje
En la siguiente sección, se describen los componentes principales de la arquitectura de Pathways.
Administrador de recursos de rutas de aprendizaje
Este es el plano de control central del sistema de Pathways. Administra todos los recursos del acelerador y es responsable de coordinar la asignación de aceleradores para los trabajos de los usuarios. Supervisa el estado de los trabajadores y controla la programación, la pausa y la reanudación de los trabajos. Sirve como un único punto de contacto para errores y estado del sistema. Este componente solo requiere recursos de CPU.
Cliente de Pathways
Esta es una implementación del Interim Framework Runtime (IFRT) que sirve como punto de entrada al sistema de Pathways. Recibe operaciones de alto nivel (HLO) de tu programa. El cliente de Pathways es responsable de coordinarse con el administrador de recursos de Pathways para determinar dónde colocar los programas compilados para su ejecución según el código del usuario. Presenta una vista unificada del sistema a un cliente de JAX determinado. Este componente solo requiere recursos de CPU.
Trabajador de Pathways
Estos son los procesos que se ejecutan en las máquinas aceleradoras (VMs de TPU). Reciben ejecutables compilados de tu programa desde el servidor proxy de IFRT y realizan los cálculos en las TPU. Los trabajadores de Pathways envían datos de vuelta a tu programa a través del servidor proxy de IFRT. Este componente requiere recursos del acelerador.
Cliente proxy de IFRT
Esta es una implementación de código abierto de la API de Interim Framework Runtime (IFRT), que desacopla el código del usuario del tiempo de ejecución subyacente y mejora la portabilidad y la transparencia del código. JAX usa esta implementación como alternativa a su entorno de ejecución predeterminado de varios controladores. El cliente proxy de IFRT actúa como un puente de comunicación entre tu programa y los componentes de Pathways. Envía solicitudes al servidor proxy de IFRT y recibe resultados de él. Es una implementación de código abierto de la API de IFRT. Este componente solo requiere recursos de CPU.
Servidor proxy de IFRT
Este servidor gRPC recibe solicitudes del cliente proxy de IFRT y las reenvía al cliente de Pathways, que controla la distribución real del trabajo. Este componente solo requiere recursos de CPU.
Servidor de sidecar
Este servidor gRPC se encuentra junto con el trabajador de Pathways en la VM del acelerador para ejecutar el código de Python especificado por el usuario directamente en la VM del acelerador y, así, reducir la latencia de transferencia de datos del controlador a los aceleradores. El servidor de sidecar interactúa con el trabajador de Pathways a través de un protocolo personalizado con versiones en el transporte de gRPC.
Componentes de Pathways en GKE
En esta sección, se asignan los componentes de Pathways a los componentes de Google Kubernetes Engine, como los contenedores y los pods.
Puedes encontrar imágenes de contenedores de Pathways en las siguientes ubicaciones.
Tipo de contenedor |
Ubicación |
Servidor proxy de IFRT |
|
Administrador o trabajador de recursos de Pathways |
|
Administrador de recursos de rutas de aprendizaje
Después de crear un clúster de GKE, puedes usar el siguiente containerSpec para implementar el administrador de recursos de rutas:
- name: pathways-rm image: us-docker.pkg.dev/cloud-tpu-v2-images/pathways/server:latest imagePullPolicy: Always env: - name: HOST_ADDRESS valueFrom: fieldRef: fieldPath: "metadata.labels['jobset.sigs.k8s.io/coordinator']" - name: TPU_SKIP_MDS_QUERY value: "true" args: - --server_port=29001 - --node_type=resource_manager - --instance_count=WORKLOAD_NODEPOOL_COUNT - --instance_type=SLICE_TOPOLOGY - --gcs_scratch_location=gs://BUCKET_NAME
Descripciones de los argumentos:
--server_port: El administrador de recursos de Pathways usa este puerto para comunicarse con otros componentes de Pathways.--node_type: Es el tipo de nodo. Este campo debe establecerse en "resource_manager" para el administrador de recursos de Pathways y no es necesario para los demás contenedores.--instance_count: Es la cantidad de porciones de TPU.--instance_type: Es el tipo de TPU y la topología de la porción. En el formatotpu{TPU type}:{TPU topology}, por ejemplo,tpuv5e:4x4.--gcs_scratch_location: Es un bucket de Cloud Storage que se usa para los archivos temporales.
Servidor proxy de IFRT
Puedes usar el siguiente objeto containerSpec para implementar un servidor proxy de IFRT:
- name: pathways-proxy image: us-docker.pkg.dev/cloud-tpu-v2-images/pathways/proxy_server:latest imagePullPolicy: Always env: - name: PATHWAYS_HEAD valueFrom: fieldRef: fieldPath: "metadata.labels['jobset.sigs.k8s.io/coordinator']" args: - --resource_manager_address=$(PATHWAYS_HEAD):29001 - --server_port=29000 - --gcs_scratch_location=gs://BUCKET_NAME ports: - containerPort: 29000
Descripciones de los argumentos:
--resource_manager_address: Es el nombre de host y el puerto que usa el servidor proxy para comunicarse con el administrador de recursos de Pathways. El puerto debe ser el mismo que el valor de--server_portque se usa para el contenedor del administrador de recursos de Pathways.--server_port: El servidor proxy de IFRT usa este puerto para comunicarse con el cliente proxy de IFRT.--gcs_scratch_location: Es un bucket de Cloud Storage que se usa para los archivos temporales.
Trabajador de Pathways
Puedes usar el siguiente containerSpec para implementar trabajadores de Pathways:
- name: worker image: us-docker.pkg.dev/cloud-tpu-v2-images/pathways/server:latest imagePullPolicy: Always env: - name: PATHWAYS_HEAD valueFrom: fieldRef: fieldPath: "metadata.labels['jobset.sigs.k8s.io/coordinator']" - name: MEGASCALE_NUM_SLICES valueFrom: fieldRef: fieldPath: "metadata.labels['jobset.sigs.k8s.io/replicatedjob-replicas']" - name: MEGASCALE_SLICE_ID valueFrom: fieldRef: fieldPath: "metadata.labels['jobset.sigs.k8s.io/job-index']" - name: MEGASCALE_COORDINATOR_ADDRESS value: "$(PATHWAYS_HEAD)" args: - --server_port=29001 - --resource_manager_address=$(PATHWAYS_HEAD):29001 - --gcs_scratch_location=gs://BUCKET_NAME ports: - containerPort: 29001 resources: limits: google.com/tpu: "4"
Descripciones de los argumentos:
--resource_manager_address: Es el nombre de host y el puerto que usan los trabajadores de TPU para comunicarse con el administrador de recursos de Pathways. El puerto debe ser el mismo que el valor de--server_portque se usa para el contenedor del administrador de recursos de Pathways.--server_port: Los trabajadores usan este puerto para comunicarse con el servidor proxy y el administrador de recursos de Pathways.--gcs_scratch_location: Es un bucket de Cloud Storage que se usa para los archivos temporales.
El administrador de recursos de Pathways, el servidor proxy de IFRT y los trabajadores de Pathways pueden tener puertos diferentes, pero, en este ejemplo, el administrador de recursos de Pathways y el trabajador de Pathways comparten el mismo puerto.
¿Qué sigue?
- Crea un clúster de GKE con Pathways
- Ejecuta una carga de trabajo por lotes con Pathways
- Infiere varios hosts con rutas de aprendizaje
- Ejecuta una carga de trabajo interactiva con Pathways
- Entrenamiento resiliente con Pathways
- Cómo portar cargas de trabajo de JAX a Pathways
- Soluciona problemas de Pathways on Cloud