פריסת TPU Multislices ב-GKE

בדף הזה מוסבר איך לפרוס עומסי עבודה ב-Google Kubernetes Engine ‏ (GKE) באמצעות הגדרת Cloud TPU Multislice כדי לבצע אימון בקנה מידה גדול וחסכוני.

המדריך הזה מיועד למהנדסי למידת מכונה (ML) ולאדמינים ומפעילים של פלטפורמות שרוצים להשתמש באורקסטרציה של קונטיינרים ב-Kubernetes כדי לנהל עומסי עבודה של אימון, כוונון והסקת מסקנות של מודלים בקנה מידה גדול באמצעות TPU. מידע נוסף על תפקידים נפוצים ומשימות לדוגמה שמוזכרים בתוכן של Google Cloud , זמין במאמר תפקידים נפוצים של משתמשים ומשימות ב-GKE.

לפני שמגדירים את Multislice ב-GKE, חשוב להכיר את המושגים הבאים:

  1. מבוא ל-Cloud TPU
  2. ארכיטקטורת המערכת של Cloud TPU
  3. מידע על TPUs ב-GKE

מה זה TPU Multislice

‫TPU Multislice הוא ארגון ארכיטקטוני של מכונות וירטואליות ב-TPU slice, שבו שני TPU slices או יותר מתקשרים דרך רשת מרכז הנתונים (DCN). ‫Multislice מאפשר אימון מלא, חסכוני ורחב היקף עם סקייל כמעט לינארי של עד עשרות אלפי שבבי TPU. בהגדרה של Multislice,‏ GKE פורס עומס עבודה של Multislice בכמה חלקי TPU. התקשורת בין שבבי TPU בתוך פרוסת TPU מתבצעת באמצעות חיבורים בין שבבים (ICI). התקשורת בין הפרוסות מתבצעת דרך ה-DCN.

מומלץ להשתמש ב-Multislice אם העבודה גדולה מדי ולא נכנסת לפלח TPU יחיד.

זמינות של כמה פרוסות ב-GKE

  • תמיכה רגילה ב-Multislice בגרסה 1.27.4-gke.900 ואילך.
  • ‫Autopilot תומך ב-Multislice בגרסה 1.29.2-gke.1521000 ואילך.
  • ‫Multislice תומך ב-frameworks של JAX ו-PyTorch. הגרסה המינימלית הנתמכת של JAX היא 2.1.
  • ‫Multislice תומך רק במאגרי צמתים של פרוסות TPU מרובות מארחים. לדוגמה, אי אפשר להשתמש ב-Multislice עם ct4p-hightpu-4t עם טופולוגיה של 2x2x1 או עם ct5lp-hightpu-4t עם טופולוגיה של 2x2, כי אלה מאגרי צמתים של פרוסות TPU עם מארח יחיד.
  • ‫Multislice תומך רק באימון סינכרוני של כמה בקרים.
  • עומסי עבודה של multislice יכולים לפעול רק ב-TPU slices מאותו סוג, גודל וטופולוגיה של TPU.
  • ‫Multislice לא תומך ב-TPU v3.

לפני שמתחילים

לפני שמתחילים, חשוב לוודא שביצעתם את הפעולות הבאות:

  • מפעילים את ממשק Google Kubernetes Engine API.
  • הפעלת Google Kubernetes Engine API
  • כדי להשתמש ב-CLI של Google Cloud למשימה הזו, צריך להתקין ואז להפעיל את gcloud CLI. אם התקנתם בעבר את ה-CLI של gcloud, מריצים את הפקודה gcloud components update כדי לקבל את הגרסה העדכנית. יכול להיות שגרסאות קודמות של ה-CLI של gcloud לא יתמכו בהרצת הפקודות שמופיעות במסמך הזה.

בחירת שיטת הטמעה של GKE

אפשר ליצור אשכול שמשתמש ב-TPU באמצעות Google Cloud CLI או חבילת עיבוד מואץ (XPK).

  • משתמשים ב-CLI של gcloud כדי ליצור באופן ידני את מופע אשכול GKE, כדי לבצע התאמה אישית מדויקת או כדי להרחיב סביבות GKE קיימות של ייצור.
  • אפשר להשתמש ב-XPK כדי ליצור במהירות אשכולות GKE ולהריץ עומסי עבודה לצורך הוכחת היתכנות ובדיקות. מידע נוסף מופיע בקובץ ה-README של XPK.

יצירה ידנית של מאגר צמתים ב-GKE

בקטע הזה מוסבר איך להכין מאגר צמתים במצב רגיל להרצת עומס עבודה ב-Multislice. אם אתם משתמשים במצב GKE Autopilot, דלגו אל הקטע הפעלת עומס עבודה של Multislice. בקטרי Autopilot שמופעלת בהם גרסה 1.29.2-gke.1521000 ואילך, יחידות TPU מופעלות כברירת מחדל.

הקטע הזה כולל את השלבים הבאים:

  1. יצירה של שלושה מאגרי צמתים של חלקי TPU עם כמה מארחים
  2. אימות הסטטוס של מאגר הצמתים
  3. הרצת עומס עבודה של Multislice

יצירת מאגר צמתים של חלקי TPU

אפשר ליצור יותר ממאגר אחד של צמתים של חלקי TPU עם כמה מארחים. לצורך המדריך הזה, יוצרים שלושה מאגרי צמתים של פרוסות TPU מרובות-מארחים כדי להריץ עומס עבודה של Multislice. השלבים ליצירת מאגר צמתים של פרוסת TPU עם כמה מארחים שונים, בהתאם לגרסת ה-TPU שבה אתם משתמשים: Ironwood‏ (TPU7x) או גרסה קודמת של TPU.

‫Ironwood ‏ (TPU7x)

אפשר ליצור מאגר צמתים של פרוסת TPU מרובת-מארחים בגרסה Ironwood‏ (TPU7x) באמצעות Google Cloud CLI או Terraform:

gcloud

כדי ליצור מאגר צמתים של פרוסת TPU עם כמה מארחים באמצעות Ironwood‏ (TPU7x), צריך קודם ליצור מדיניות עומס עבודה.

  1. יוצרים מדיניות של עומסי עבודה:

    gcloud compute resource-policies create workload-policy WORKLOAD_POLICY_NAME \
        --type=HIGH_THROUGHPUT \
        --accelerator-topology=TPU_TOPOLOGY \
        --project=PROJECT_ID \
        --region=REGION
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • WORKLOAD_POLICY_NAME: שם למדיניות של עומס העבודה.
    • TPU_TOPOLOGY: הטופולוגיה של TPU Ironwood‏ (TPU7x). לדוגמה, 2x2x2. כדי לראות את כל הטופולוגיות הנתמכות של Ironwood ‏ (TPU7x), אפשר לעיין בקטע על טופולוגיה.
    • PROJECT_ID: מזהה הפרויקט ב- Google Cloud .
    • REGION: האזור של מדיניות עומס העבודה. מדיניות עומס עבודה היא משאב אזורי, ואפשר לעשות בה שימוש חוזר במאגרי צמתים שחולקים את אותה טופולוגיה.
  2. יוצרים את מאגר הצמתים עם מדיניות עומס העבודה:

    gcloud container node-pools create NODE_POOL_NAME \
      --cluster=CLUSTER_NAME \
      --machine-type=tpu7x-standard-4t \
      --placement-policy=WORKLOAD_POLICY_NAME \
      --location=CONTROL_PLANE_LOCATION \
      --node-locations=NODE_ZONE \
      --project=PROJECT_ID \
      --reservation=RESERVATION_NAME \
      --reservation-affinity=specific
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • NODE_POOL_NAME: השם של מאגר הצמתים החדש.
    • CLUSTER_NAME: השם של אשכול GKE.
    • WORKLOAD_POLICY_NAME: השם של מדיניות עומס העבודה שיצרתם.
    • CONTROL_PLANE_LOCATION: המיקום של מישור הבקרה של האשכול ב-Compute Engine. מציינים אזור לאשכולות אזוריים או אזור זמין לאשכולות אזוריים.
    • NODE_ZONE: שם האזור בהתאם לגרסת ה-TPU שבה רוצים להשתמש.

      אופציונלי: אפשר להשתמש באזור AI, כמו us-central1-ai1a. אזורי AI הם מיקומים ייעודיים שעברו אופטימיזציה לעומסי עבודה של AI/ML בתוך Google Cloud אזורים.

      כדי לזהות מיקום זמין, אפשר לעיין במאמר זמינות של TPU ב-GKE.
    • PROJECT_ID: מזהה הפרויקט ב- Google Cloud .
    • RESERVATION_NAME: השם של ההזמנה לשימוש.

    בפקודה הזו, הדגל --tpu-topology הוחלף בדגל --placement-policy.

Terraform

  1. צריך לוודא שמשתמשים בגרסה 4.84.0 ואילך של ספק google.
  2. יוצרים מדיניות של עומסי עבודה:

    resource "google_compute_resource_policy" {
      name   = "WORKLOAD_POLICY_NAME"
      region = CLUSTER_LOCATION
      workload_policy {
        type = "HIGH_THROUGHPUT"
        accelerator_topology = "TPU_TOPOLOGY"
      }
    }
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • WORKLOAD_POLICY_NAME: שם למדיניות של עומס העבודה.
    • CLUSTER_LOCATION: מיקום החישוב של האשכול. מומלץ להשתמש באשכול אזורי כדי לשפר את המהימנות של רמת הבקרה של Kubernetes. אפשר גם להשתמש באשכול אזורי. מידע נוסף זמין במאמר בחירת גרסה וטופולוגיה של TPU.
    • TPU_TOPOLOGY: הטופולוגיה של TPU Ironwood‏ (TPU7x). לדוגמה, 2x2x2. כדי לראות את כל הטופולוגיות הנתמכות של Ironwood‏ (TPU7x), אפשר לעיין במאמר בנושא תכנון של יחידות TPU.

    מידע נוסף על ההפניה google_compute_resource_policy זמין במאמר Terraform Provider.

  3. מוסיפים את הבלוק הבא להגדרות של Terraform:

    resource "google_container_node_pool" "NODE_POOL_RESOURCE_NAME" {
      provider           = google
      project            = PROJECT_ID
      cluster            = CLUSTER_NAME
      name               = POOL_NAME
      location           = CLUSTER_LOCATION
      node_locations     = [NODE_ZONES]
      initial_node_count = NUM_NODES
    
      autoscaling {
        max_node_count = MAX_NODES
        location_policy      = "ANY"
      }
      node_config {
        machine_type = MACHINE_TYPE
        reservation_affinity {
          consume_reservation_type = "SPECIFIC_RESERVATION"
          key = "compute.googleapis.com/reservation-name"
          values = [RESERVATION_LABEL_VALUES]
        }
        flex_start = false
        spot = true
      }
    
      placement_policy {
        policy_name = WORKLOAD_POLICY_NAME
      }
    }
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • NODE_POOL_RESOURCE_NAME: השם של משאב מאגר הצמתים בתבנית Terraform.
    • PROJECT_ID: מזהה הפרויקט.
    • CLUSTER_NAME: השם של האשכול הקיים שאליו רוצים להוסיף את מאגר הצמתים.
    • POOL_NAME: השם של מאגר הצמתים שרוצים ליצור.
    • NODE_ZONES: רשימה מופרדת בפסיקים של אזור אחד או יותר שבהם GKE יוצר את מאגר הצמתים.

      אופציונלי: אפשר להשתמש באזור AI, כמו us-central1-ai1a. אזורי AI הם מיקומים ייעודיים שעברו אופטימיזציה לעומסי עבודה של AI/ML בתוך Google Cloud אזורים.

    • NUM_NODES: מספר הצמתים במאגר הצמתים. הערך צריך להיות אפס או מכפלה של מספר שבבי ה-TPU חלקי ארבע, כי בכל צומת של פרוסת TPU עם כמה מארחים יש ארבעה שבבים. לדוגמה, אם TPU_TOPOLOGY הוא 4x8, יש 32 צ'יפים, ולכן הערך של NUM_NODES צריך להיות 8. מידע נוסף על טופולוגיות של TPU זמין בטבלה שבמאמר בחירת גרסת ה-TPU.
    • TPU_TOPOLOGY: מציין את הטופולוגיה הפיזית שנבחרה עבור פרוסת ה-TPU. הפורמט של הטופולוגיה תלוי בגרסת ה-TPU שבה אתם משתמשים. למידע נוסף על טופולוגיות של TPU, אפשר לעיין בטבלה שבמאמר בחירת טופולוגיה.

    אפשר גם להשתמש במשתנים הבאים:

    • RESERVATION_NAME: אם משתמשים בהזמנת TPU, צריך לספק רשימה של תוויות משאבי הזמנה לשימוש כשיוצרים את מאגר הצמתים. מידע נוסף על אכלוס השדה RESERVATION_LABEL_VALUES ב-reservation_affinity זמין במאמר בנושא Terraform Provider.
    • autoscaling: יצירת מאגר צמתים עם הפעלה של שינוי גודל אוטומטי. כש-GKE מבצע שינוי גודל של מאגר צמתים של פרוסת TPU מרובת מארחים, הוא מבצע שינוי גודל של מאגר הצמתים מאפס לגודל המקסימלי באופן אטומי.
      • MAX_NODES: הגודל המקסימלי של מאגר הצמתים. הערך צריך להיות שווה למכפלה של הערכים שמוגדרים ב-TPU_TOPOLOGY ({A}x{B}x{C}) חלקי מספר השבבים בכל מכונה וירטואלית. לדוגמה, אם הערך של TPU_TOPOLOGY הוא 2x2x2, המוצר הוא 8. מכיוון שלכל מכונה וירטואלית ב-tpu7x-standard-4t יש 4 שבבים, מספר הצמתים הוא 2.
    • spot: מאגר הצמתים שישתמש במכונות וירטואליות במודל Spot עבור צמתי חלוקת ה-TPU. אי אפשר לשנות את ההגדרה הזו אחרי שיוצרים את מאגר הצמתים. מידע נוסף זמין במאמר בנושא מכונות וירטואליות מסוג Spot.
    • flex_start: מאגר הצמתים שישתמש באפשרות הצריכה flex-start. אי אפשר להגדיר את ההגדרה הזו לערך true אם ההגדרה spot מופעלת.

גרסאות TPU אחרות

אפשר ליצור מאגר צמתים של פרוסת TPU עם כמה מארחים בגרסאות v3,‏ v4,‏ v5p,‏ v5e ו-Trillium ‏ (v6e) באמצעות Google Cloud CLI,‏ Terraform או Google Cloud המסוף.

gcloud

  gcloud container node-pools create POOL_NAME \
      --location=CONTROL_PLANE_LOCATION \
      --cluster=CLUSTER_NAME \
      --node-locations=NODE_ZONE \
      --machine-type=MACHINE_TYPE \
      --tpu-topology=TPU_TOPOLOGY \
      [--num-nodes=NUM_NODES] \
      [--spot \]
      [--flex-start \]
      [--enable-autoscaling \
        --max-nodes MAX_NODES]
      [--reservation-affinity=specific \
      --reservation=RESERVATION_NAME] \
      [--node-labels cloud.google.com/gke-nodepool-group-name=COLLECTION_NAME,cloud.google.com/gke-workload-type=HIGH_AVAILABILITY]
      [--placement-type=COMPACT]

מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

  • POOL_NAME: השם של מאגר הצמתים החדש.
  • CONTROL_PLANE_LOCATION: שם האזור בהתאם לגרסת ה-TPU שבה רוצים להשתמש. כדי לזהות מיקום זמין, אפשר לעיין במאמר זמינות של TPU ב-GKE.
  • CLUSTER_NAME: שם האשכול.
  • NODE_ZONES: רשימה מופרדת בפסיקים של אזור אחד או יותר שבהם GKE יוצר את מאגר הצמתים.

    אופציונלי: אפשר להשתמש באזור AI, כמו us-central1-ai1a. אזורי AI הם מיקומים ייעודיים שעברו אופטימיזציה לעומסי עבודה של AI/ML בתוך Google Cloud אזורים.

  • MACHINE_TYPE: סוג המכונה לשימוש בצמתים. מידע נוסף על סוגי המכונות הזמינים מופיע במאמר בחירת גרסת ה-TPU.
  • TPU_TOPOLOGY: הטופולוגיה הפיזית של פרוסת ה-TPU. הפורמט של הטופולוגיה תלוי בגרסת ה-TPU. למידע נוסף על טופולוגיות של TPU, אפשר לעיין בטבלה שבמאמר בחירת טופולוגיה.

    מידע נוסף זמין במאמר בנושא טופולוגיה.

    אפשר גם להשתמש בדגלים הבאים:

  • NUM_NODES: מספר הצמתים במאגר הצמתים. הערך צריך להיות אפס או מכפלת הערכים שמוגדרים ב-TPU_TOPOLOGY ({A}x{B}x{C}) חלקי מספר השבבים בכל מכונה וירטואלית. ב-TPU v4 וב-TPU v5e עם כמה מארחים, מספר הצ'יפים בכל מכונה וירטואלית הוא ארבע. לכן, אם TPU_TOPOLOGY הוא 2x4x4 (TPU v4 עם ארבעה שבבים בכל מכונה וירטואלית), אז NUM_NODES הוא 32 חלקי 4, כלומר 8. אם לא מציינים את הדגל הזה, מספר הצמתים מחושב ומוגדר כברירת מחדל על סמך הטופולוגיה וסוג המכונה.

  • RESERVATION_NAME: השם של ההזמנה ש-GKE משתמש בה כשיוצרים את מאגר הצמתים. אם לא מציינים את הדגל הזה, GKE משתמש במאגרי צמתים של פרוסות TPU שזמינים. מידע נוסף על הזמנות TPU זמין במאמר הזמנת TPU.

  • --spot: מגדיר את מאגר הצמתים לשימוש במכונות וירטואליות במודל Spot עבור צמתי חלוקת ה-TPU. אי אפשר לשנות את ההגדרה הזו אחרי שיוצרים את מאגר הצמתים. מידע נוסף זמין במאמר בנושא מכונות וירטואליות מסוג Spot.

  • --flex-start: הגדרת מאגר הצמתים לשימוש במכונות וירטואליות מסוג Flex-start. מכונות וירטואליות עם הפעלה גמישה נוצרות באמצעות אפשרות הצריכה flex-start, שנתמכת ב-GKE מגרסה ‎1.33.0-gke.1712000 ואילך.

  • --enable-autoscaling: יצירת מאגר צמתים עם הפעלה של שינוי גודל אוטומטי. כש-GKE מבצע שינוי גודל של מאגר צמתים של פרוסת TPU מרובת מארחים, הוא מבצע שינוי גודל של מאגר הצמתים מאפס לגודל המקסימלי באופן אטומי.

    • MAX_NODES: הגודל המקסימלי של מאגר הצמתים. חובה להשתמש בדגל --max-nodes אם מציינים את --enable-autoscaling, והוא חייב להיות שווה למכפלה של הערכים שמוגדרים ב-TPU_TOPOLOGY ({A}x{B}x{C}) חלקי מספר השבבים בכל מכונה וירטואלית.
  • --node-label=cloud.google.com/gke-nodepool-group-name=COLLECTION_NAME, cloud.google.com/gke-workload-type=HIGH_AVAILABILITY: מציין ל-GKE שמאגר הצמתים של פרוסת ה-TPU עם כמה מארחים הוא אוסף. משתמשים בדגל הזה אם התנאים הבאים מתקיימים:

    • מאגר הצמתים מריץ עומסי עבודה של היקשים.
    • מאגר הצמתים משתמש ב-TPU Trillium.
    • אי אפשר לתזמן איסוף נתונים במכונות וירטואליות במודל Spot.

    מידע נוסף על ניהול תזמון איסוף מופיע במאמר בנושא ניהול תזמון איסוף בפרוסות TPU מרובות מארחים.

  • --placement-type=COMPACT: יצירת מאגר צמתים עם מיקום קומפקטי מופעל. חובה להשתמש באפשרות הזו עם הדגל --tpu-topology. מידע נוסף זמין במאמרים בנושא יצירת מדיניות מיקום קומפקטית וטופולוגיה של TPU.

Terraform

  1. צריך לוודא שמשתמשים בגרסה 4.84.0 ואילך של ספק google.
  2. מוסיפים את הבלוק הבא להגדרות של Terraform:

    resource "google_container_node_pool" "NODE_POOL_RESOURCE_NAME" {
      provider           = google
      project            = PROJECT_ID
      cluster            = CLUSTER_NAME
      name               = POOL_NAME
      location           = CLUSTER_LOCATION
      node_locations     = [NODE_ZONES]
      initial_node_count = NUM_NODES
    
      autoscaling {
        max_node_count = MAX_NODES
        location_policy      = "ANY"
      }
      node_config {
        machine_type = MACHINE_TYPE
        reservation_affinity {
          consume_reservation_type = "SPECIFIC_RESERVATION"
          key = "compute.googleapis.com/reservation-name"
          values = [RESERVATION_LABEL_VALUES]
        }
        flex_start = false
        spot = true
      }
    
      placement_policy {
        type = "COMPACT"
        tpu_topology = TPU_TOPOLOGY
      }
    }
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • NODE_POOL_RESOURCE_NAME: השם של משאב מאגר הצמתים בתבנית Terraform.
    • PROJECT_ID: מזהה הפרויקט.
    • CLUSTER_NAME: השם של האשכול הקיים שאליו רוצים להוסיף את מאגר הצמתים.
    • POOL_NAME: השם של מאגר הצמתים שרוצים ליצור.
    • CLUSTER_LOCATION: מיקום המחשוב של האשכול. מומלץ להשתמש באשכול אזורי כדי לשפר את המהימנות של רמת הבקרה של Kubernetes. אפשר גם להשתמש באשכול אזורי. מידע נוסף זמין במאמר בנושא בחירת גרסה וטופולוגיה של TPU.
    • NODE_ZONES: רשימה מופרדת בפסיקים של אזור אחד או יותר שבהם GKE יוצר את מאגר הצמתים.

      אופציונלי: אפשר להשתמש באזור AI, כמו us-central1-ai1a. אזורי AI הם מיקומים ייעודיים שעברו אופטימיזציה לעומסי עבודה של AI/ML בתוך Google Cloud אזורים.

    • NUM_NODES: מספר הצמתים במאגר הצמתים. הערך צריך להיות אפס או מכפלה של מספר שבבי ה-TPU חלקי ארבע, כי בכל צומת של פרוסת TPU מרובת מארחים יש 4 שבבים. לדוגמה, אם TPU_TOPOLOGY הוא 4x8, יש 32 צ'יפים, ולכן NUM_NODES צריך להיות 8. מידע נוסף על טופולוגיות של TPU זמין בטבלה שבמאמר בחירת גרסת ה-TPU.
    • TPU_TOPOLOGY: מציין את הטופולוגיה הפיזית של פרוסת ה-TPU. הפורמט של הטופולוגיה תלוי בגרסת ה-TPU שבה אתם משתמשים. למידע נוסף על טופולוגיות של TPU, אפשר לעיין בטבלה שבמאמר בחירת טופולוגיה.

    אפשר גם להשתמש במשתנים הבאים:

    • RESERVATION_NAME: אם משתמשים בהזמנת TPU, זו רשימת התוויות של משאבי ההזמנה שבהן צריך להשתמש כשיוצרים את מאגר הצמתים. מידע נוסף על אכלוס השדה RESERVATION_LABEL_VALUES ב-reservation_affinity זמין במאמר בנושא Terraform Provider.
    • autoscaling: יצירת מאגר צמתים עם הפעלה של שינוי גודל אוטומטי. כש-GKE מבצע שינוי גודל של מאגר צמתים של פרוסת TPU מרובת מארחים, הוא מבצע שינוי גודל של מאגר הצמתים מאפס לגודל המקסימלי באופן אטומי.
      • MAX_NODES: הגודל המקסימלי של מאגר הצמתים. הוא צריך להיות שווה למכפלת הערכים שמוגדרים ב-TPU_TOPOLOGY ({A}x{B}x{C}) חלקי מספר השבבים בכל מכונה וירטואלית).
    • spot: מאפשרת למאגר הצמתים להשתמש במכונות וירטואליות במודל Spot עבור צמתי פרוסת ה-TPU. אי אפשר לשנות את ההגדרה הזו אחרי שיוצרים את מאגר הצמתים. מידע נוסף זמין במאמר בנושא מכונות וירטואליות מסוג Spot.
    • flex_start: מגדיר את מאגר הצמתים לשימוש באפשרות הצריכה flex-start. אי אפשר להגדיר את הערך true אם האפשרות spot מופעלת.

המסוף

כדי ליצור מאגר צמתים עם מעבדי TPU:

  1. נכנסים לדף Google Kubernetes Engine במסוף Google Cloud .

    מעבר אל Google Kubernetes Engine

  2. ברשימת האשכולות, לוחצים על שם האשכול שרוצים לשנות.

  3. לוחצים על הכרטיסייה Nodes.

  4. לוחצים על Create user-managed node pool (יצירת מאגר צמתים בניהול המשתמש).

  5. בקטע פרטים של מאגר הצמתים, מסמנים את התיבה ציון מיקומי צמתים.

  6. בוחרים את שם האזור בהתאם לגרסת ה-TPU שרוצים להשתמש בה. כדי לזהות מיקום זמין, אפשר לעיין במאמר זמינות של TPU ב-GKE.

  7. בחלונית הניווט, לוחצים על צמתים.

  8. בקטע Machine Configuration (הגדרת המכונה), בוחרים באפשרות TPUs.

  9. בתפריט הנפתח סדרה, בוחרים אחת מהאפשרויות הבאות:

    • CT3: TPU v3, מכשיר עם מארח יחיד
    • CT3P: TPU v3, multi-host pod slice
    • CT4P: TPU v4
    • CT5LP: TPU v5e
    • CT5P: TPU v5p
    • CT6E: TPU Trillium (v6e)
  10. בתפריט הנפתח Machine type (סוג המכונה), בוחרים את שם המכונה שרוצים להשתמש בה עבור הצמתים. בעזרת הטבלה בחירת גרסת ה-TPU אפשר להגדיר את סוג המכונה ואת טופולוגיית ה-TPU שיוצרים מאגר צמתים של פרוסת TPU מרובת מארחים.

  11. בתפריט הנפתח TPU Topology (טופולוגיית TPU), בוחרים את הטופולוגיה הפיזית של חלוקת ה-TPU.

  12. בתיבת הדו-שיח נדרשים שינויים, לוחצים על ביצוע שינויים.

  13. מוודאים שסוג דיסק האתחול הוא דיסק מתמיד סטנדרטי או דיסק מתמיד שמבוסס על SSD.

  14. אופציונלי, מסמנים את תיבת הסימון Enable nodes on spot VMs כדי להשתמש במכונות וירטואליות מסוג Spot עבור הצמתים במאגר הצמתים.

  15. לוחצים על יצירה.

אימות הסטטוס של מאגר הצמתים

  1. מקבלים פרטי כניסה כדי להשתמש ב-kubectl כדי לגשת לאשכול:

    gcloud container clusters get-credentials CLUSTER_NAME \
        --project=PROJECT_ID \
        --location=CONTROL_PLANE_LOCATION
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • CLUSTER_NAME: שם האשכול.
    • PROJECT_ID: מזהה הפרויקט.
    • CONTROL_PLANE_LOCATION: המיקום של מישור הבקרה של האשכול ב-Compute Engine. מציינים אזור לאשכולות אזוריים או אזור זמין לאשכולות אזוריים.
  2. כדי לראות את הצמתים של חלקי ה-TPU, משתמשים בפקודה kubectl ב-Cloud Shell:

    kubectl get nodes -l cloud.google.com/gke-tpu-accelerator=ACCELERATOR_TYPE \
       -l cloud.google.com/gke-tpu-topology=TPU_TOPOLOGY
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • ACCELERATOR_TYPE: סוג המאיץ של מאגר הצמתים של פרוסת ה-TPU. הערך הזה צריך להיות זהה לסוג המכונה שבה השתמשתם במהלך יצירת מאגר הצמתים. לדוגמה, אם יצרתם מאגר צמתים עם סוג המכונה ct5lp-hightpu-4t, השתמשו ב-tpu-v5-lite-podslice. כדי לדעת באיזה סוג של מאיץ כדאי להשתמש, אפשר לעיין בטבלה שבמאמר תכנון השימוש ב-TPU ב-GKE.
    • TPU_TOPOLOGY: הטופולוגיה הפיזית של פרוסת ה-TPU.

    הפלט אמור להיראות כך:

     NAME                                    STATUS   ROLES    AGE    VERSION
     gke-tpu-20ee2cce-5tv6                   Ready    <none>   34h     v1.28.1-gke.1066000
    

הרצת עומס עבודה של Multislice

בקטע הזה מריצים עומס עבודה של JAX שמציג את המספר הגלובלי של שבבי TPU בפרוסת ה-TPU, ואז יוצאים.

כדי להריץ עומס עבודה של JAX:

  1. יוצרים את קובץ המניפסט tpu-multislice.yaml הבא:

    טייס אוטומטי

    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: multislice-job
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: 2 # This value defines a "Multislice" setup, by creating 2 independent TPU slices.
          template:
            spec:
              parallelism: 4
              completions: 4
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: tpu-v5-lite-podslice
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: 4x4
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: us-docker.pkg.dev/cloud-tpu-images/jax-ai-image/tpu:latest
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    - containerPort: 8431
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      python -c 'import jax; print("Global device count:", jax.device_count())'
                      sleep 60
                    resources:
                     limits:
                        google.com/tpu: 4 # This container requires 4 TPU chips
    

    במניפסט הזה, בוחרים tpu-v5-lite-podslice עם טופולוגיה של 4x4. ההגדרה הזו אומרת:

    • בטופולוגיה יש 16 צ'יפים בסך הכול (4*4=16).
    • tpu-v5-lite-podslice נפרס ב-ct5lp-hightpu-4t מכונות עם ארבעה צ'יפים לכל מכונה וירטואלית. המשמעות היא שכדי לקבל טופולוגיה של 4x4, צריך ארבע מכונות וירטואליות (16/4=4). לכן, צריך להגדיר את השדות parallelism ו-completions לערך 4.
    • כל קונטיינר ב-Pod מבקש ארבעה שבבי TPU, שמתאימים למספר השבבים לכל מכונה וירטואלית. המידע הזה מוגדר במניפסט בשורה google.com/tpu: 4.
    • השדה replicas מוגדר ל-2 כדי ליצור שני פלחים.

    מידע נוסף על הערכים האפשריים של המשתנים האלה זמין בטבלה שבמאמר תכנון השימוש ב-TPU ב-GKE.

    רגילה

    apiVersion: jobset.x-k8s.io/v1alpha2
    kind: JobSet
    metadata:
      name: multislice-job
      annotations:
        alpha.jobset.sigs.k8s.io/exclusive-topology: cloud.google.com/gke-nodepool
    spec:
      failurePolicy:
        maxRestarts: 4
      replicatedJobs:
        - name: slice
          replicas: NUM_SLICES
          template:
            spec:
              parallelism: NUM_NODES
              completions: NUM_NODES
              backoffLimit: 0
              template:
                spec:
                  hostNetwork: true
                  dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
                  nodeSelector:
                    cloud.google.com/gke-tpu-accelerator: ACCELERATOR_TYPE
                    cloud.google.com/gke-tpu-topology: TPU_TOPOLOGY
                  containers:
                  - name: jax-tpu
                    image: us-docker.pkg.dev/cloud-tpu-images/jax-ai-image/tpu:latest
                    ports:
                    - containerPort: 8471
                    - containerPort: 8080
                    - containerPort: 8431
                    securityContext:
                      privileged: true
                    command:
                    - bash
                    - -c
                    - |
                      python -c 'import jax; print("Global device count:", jax.device_count())'
                      sleep 60
                    resources:
                      limits:
                       google.com/tpu: NUM_CHIPS
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • NUM_SLICES: מספר מאגרי הצמתים של פרוסות TPU. במקרה הזה, NUM_SLICES שווה ל-3.
    • ACCELERATOR_TYPE: סוג המאיץ של מאגר הצמתים של פרוסת ה-TPU. הערך הזה צריך להיות ממופה לסוג המכונה שבה השתמשתם במהלך יצירת מאגר הצמתים. לדוגמה, אם יצרתם מאגר צמתים עם סוג המכונה ct5lp-hightpu-4t, משתמשים ב-tpu-v5-lite-podslice. כדי לדעת באיזה סוג של מאיץ כדאי להשתמש, אפשר לעיין בטבלה במאמר תכנון השימוש ב-TPU ב-GKE.
    • TPU_TOPOLOGY: הטופולוגיה הפיזית של פרוסת ה-TPU. לדוגמה, 4x4x4 או 2x2, בהתאם לגרסת ה-TPU.
    • NUM_NODES: מספר הצמתים במאגר הצמתים. הערך צריך להיות אפס או מכפלת הערכים שמוגדרים ב-TPU_TOPOLOGY ({A}x{B}x{C}) חלקי מספר שבבי ה-TPU בכל מכונה וירטואלית. ב-TPU v4 עם כמה מארחים, מספר שבבי ה-TPU בכל מכונה וירטואלית הוא ארבעה. ב-TPU v5e עם כמה מחשבים מארחים, מספר שבבי ה-TPU בכל מכונה וירטואלית הוא אחד, ארבעה או שמונה. לכן, אם TPU_TOPOLOGY הוא 2x4x4 (TPU v4 עם ארבעה שבבי TPU בכל מכונה וירטואלית), אז NUM_NODES הוא 32/4, כלומר 8.
    • NUM_CHIPS: מספר הצ'יפים לכל מכונה וירטואלית.
  2. החלת המניפסט:

    kubectl apply -f tpu-multislice.yaml
    
  3. מוודאים שעומס העבודה התקבל:

    kubectl get jobsets
    

    הפלט אמור להיראות כך:

    NAME            RESTARTS   COMPLETED   AGE
    multislice-job                         3s
    
  4. עוקבים אחרי הסטטוס של ה-Pods שהוקצו:

    kubectl get pods
    

    הפלט אמור להיראות כך:

     NAME                                READY   STATUS      RESTARTS   AGE
     multislice-job-slice-0-0-wzq9t      0/1     Completed   0          2m31s
     multislice-job-slice-0-1-zf4dp      0/1     Completed   0          2m30s
     multislice-job-slice-1-0-hbfn5      0/1     Completed   0          2m31s
     multislice-job-slice-1-1-45fgl      0/1     Completed   0          2m30s
     multislice-job-slice-2-0-wjbp4      0/1     Completed   0          2m30s
     multislice-job-slice-2-1-lwnvs      0/1     Completed   0          2m30s
    

    multislice-job JobSet מתזמן, יוצר ואז מפעיל את קבוצות ה-Pod עד לסיום. שמות ה-Pods הם בפורמט <jobsetName>-<jobName>-<jobReplicaIndex>-<randomSuffix>. jobsetName הקידומת קובעת לאיזה JobSet שייך ה-Pod.

  5. אופציונלי: מסירים את עומס העבודה של JAX:

    kubectl delete -f tpu-multislice.yaml
    

שימוש ב-XPK ליצירת משאבי GKE

  1. כדי להתקין את XPK, פועלים לפי השלבים בקובץ XPK readme.
  2. יוצרים אשכול GKE במצב רגיל באזור עם TPU זמינים. הפקודה הבאה יוצרת את אשכול GKE עם מאגר צמתים שכולל את משאבי ה-TPU שצוינו:

    xpk cluster create \
        --cluster=$CLUSTER_NAME \
        --project=$PROJECT_ID \
        --zone=$ZONE \
        --tpu-type=ACCELERATOR_TYPE \
        --num-slices=NUM_SLICES \
        --reservation=$RESERVATION_NAME
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • CLUSTER_NAME: שם לאשכול.
    • PROJECT_ID: מזהה הפרויקט ב- Google Cloud .
    • ZONE: שם האזור בהתאם לגרסת ה-TPU שבה רוצים להשתמש. כדי לזהות מיקום זמין, אפשר לעיין במאמר זמינות של TPU ב-GKE. כדי להשתמש בקיבולת השמורה, צריך לוודא שאתם משתמשים באזור שבו שמרתם את הקיבולת.
    • ACCELERATOR_TYPE: גרסת ה-TPU והסוג. לדוגמה, משתמשים ב-tpu7x-standard-4t עבור Ironwood ‏ (TPU7x).
    • NUM_SLICES: מספר פרוסות ה-TPU לשימוש באשכול. במקרה של Multislice, הערך צריך להיות גדול מ-1.
    • RESERVATION_NAME: השם של ההזמנה.

    שתי השורות האחרונות של הפלט אמורות להיראות כך:

    See your GKE Cluster here:  https://console.cloud.google.com/kubernetes/clusters/details/<location>/CLUSTER_NAME/details?project=PROJECT_ID
    
  3. מריצים עומס עבודה שמציג את מספר מכשירי ה-TPU שמחוברים:

    xpk workload create \
        --cluster=$CLUSTER_NAME \
        --project=$PROJECT_ID \
        --zone=$ZONE \
        --tpu-type=ACCELERATOR_TYPE \
        --num-slices=NUM_SLICES \
        --docker-image=us-docker.pkg.dev/cloud-tpu-images/jax-ai-image/tpu:latest \
        --workload=WORKLOAD_NAME \
        --command="python -c 'import jax; print(\"TPU cores:\", jax.device_count())'"
    

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • CLUSTER_NAME: שם לאשכול.
    • PROJECT_ID: מזהה הפרויקט ב- Google Cloud .
    • ZONE: האזור של מאגר הצמתים של המכונות שנבחרו.
    • ACCELERATOR_TYPE: סוג ה-TPU שנבחר. אפשר להשתמש בהשלמה אוטומטית של bash כדי לקבוע אילו אפשרויות זמינות.
    • NUM_SLICES: מספר פרוסות ה-TPU שהוגדרו באשכול. הערך הזה צריך להיות זהה לערך שבו השתמשתם כשיצרתם את האשכול.
    • WORKLOAD_NAME: השם של עומס העבודה.

קביעת הגדרות נוספות

בקטעים הבאים מפורטות ההגדרות הנוספות שאפשר להחיל על Multislice.

שיפור ביצועי הרשת באמצעות hostNetwork

כדי לשפר את ביצועי הרשת בין חלקי TPU, מומלץ להפעיל את hostNetworking. משתמשים ב-hostNetwork: true במפרט של ה-Pod כדי לדלג על כל מחסנית הרשת של Kubernetes ולאפשר ל-Pods של Kubernetes להשתמש ברשת המארח ישירות לתקשורת בין מכונות וירטואליות.

כדי להפעיל את hostNetworking, מוסיפים את שתי השורות הבאות למפרט ה-Pod:

hostNetwork: true
dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet

כדי להמשיך להשתמש ב-podHostnames לחיפוש צומתי עובדים באמצעות hostNetwork, צריך להגדיר את dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet. זה חשוב כשמריצים משימות אימון עם הפעלה אוטומטית מחדש, וצריך להשתמש באותם שמות כדי לטעון מחדש את אותן נקודות ביקורת.

אם אתם משתמשים ב-TPU Trillium‏ (v6e) או ב-Ironwood‏ (TPU7x) (גרסת Preview) וה-Pods שלכם משתמשים ב-hostNetworking, אתם צריכים להתקין את DaemonSet הבא כדי לכוונן את /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem בצומת.

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/GoogleCloudPlatform/ai-on-gke/51bf3dcab6ff658cf62cc32867f96860bf58dfdc/scripts/network-setup/v6e-increase-rmem.yaml

שיפור ביצועי הרשת ללא hostNetwork ב-TPU Trillium או Ironwood (TPU7x)

אם אתם משתמשים ב-TPU Trillium או ב-Ironwood‏ (TPU7x) (בגרסת Preview) ואין אפשרות להשתמש ב-Pods ב-hostNetworking, כדאי להטמיע GKE DRANET כדי להקצות מכשירי רשת לביצועי הרשת הטובים ביותר. התכונה GKE DRANET מאפשרת לבקש משאבי רשת עם ביצועים גבוהים עבור ה-Pods, בלי לעבור דרך Kubernetes ו-GKE Dataplane V2.

סוג המכונה ct6e-standard-4t מגובה על ידי שני כרטיסי NIC פיזיים. ‫Kubernetes דורש vNIC אחד שלא ניתן להעביר לקבוצות Pod. לכן, לכל צומת צריכים להיות שלושה vNICs כדי לאפשר ל-Pods גישה ישירה לשני vNICs, וכך להשיג את הביצועים הטובים ביותר של שני ה-NICs הפיזיים.

כדי להפעיל את התכונה DRANET ולהקצות מכשירי רשת ל-ct6e-standard-4t, מבצעים את השלבים הבאים:

  1. יוצרים עוד שני VPC באמצעות הפקודות הבאות:

    gcloud compute networks subnets create ADDITIONAL_SUBNET_1 \
        --project=PROJECT_ID \
        --network=ADDITIONAL_VPC_1 \
        --location=CONTROL_PLANE_LOCATION
    
    gcloud compute networks subnets create ADDITIONAL_SUBNET_2 \
        --project=PROJECT_ID \
        --network=ADDITIONAL_VPC_2 \
        --location=CONTROL_PLANE_LOCATION
    
  2. יצירת אשכול GKE שמשתמש ב-GKE Dataplane V2.

  3. יוצרים מאגר צמתים עם הרשתות שנוצרו ומפעילים את GKE DRANET על ידי הוספת התווית cloud.google.com/gke-networking-dra-driver=true:

    gcloud container node-pools create NODE_POOL_NAME \
      --location=CONTROL_PLANE_LOCATION \
      --cluster=CLUSTER_NAME \
      --machine-type=MACHINE_TYPE \
      --num-nodes=NUM_NODES \
      --additional-node-network network=ADDITIONAL_VPC_1,subnetwork=ADDITIONAL_SUBNET_1 \
      --additional-node-network network=ADDITIONAL_VPC_2,subnetwork=ADDITIONAL_SUBNET_2 \
      --node-labels=cloud.google.com/gke-networking-dra-driver=true
    
  4. אחרי אימות הסטטוס של מאגר הצמתים, יוצרים עומס עבודה עם מכשירי הרשת הנוספים על ידי החלת ResourceClaimTemplate:

    apiVersion: resource.k8s.io/v1
    kind: ResourceClaimTemplate
    metadata:
      name: two-netdev
    spec:
      spec:
        devices:
          requests:
          - name: req-netdev
            exactly:
              deviceClassName: netdev.google.com
              allocationMode: ExactCount
              count: 2
    ---
    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
      name: sample-netdevice-pod-1
    spec:
      containers:
      - name: sample-netdevice-pod
        image: busybox
        command: ["sleep", "infinity"]
        resources:
          claims:
          - name: netdev
          limits:
            google.com/tpu: 4
      restartPolicy: Always
      resourceClaims:
      - name: netdev
        resourceClaimTemplateName: two-netdev
    
  5. מוודאים שהממשקים זמינים ב-Pod:

    kubectl exec -it pods/sample-netdevice-pod-1 -- ip a
    
שיטה מומלצת:

כדי לשפר את הביצועים של הרשת, כדאי להשתמש בממשקים eth1 ו-eth2 במקום בממשק eth0. כדי לעשות את זה, מוסיפים את export LIBTPU_INIT_ARGS="$LIBTPU_INIT_ARGS --megascale_grpc_interface_prefixes=eth1,eth2,lo" למפרט של עומס העבודה.

הפעלת רישום ביומן

אם הפעלתם את רישום היומנים של מערכת GKE באשכול, תוכלו לראות את היומנים שנוצרו על ידי קונטיינרים שפועלים בצמתים של GKE, כולל צמתים של חלקי TPU, בLogs Explorer.

אפשר לראות את היומנים מ-GKE באמצעות Logs Explorer עם המסנן הבא כדי לראות את יומני הקונטיינרים של עומס העבודה:

resource.type="k8s_container"
resource.labels.cluster_name=CLUSTER_NAME
labels."k8s-pod/jobset_sigs_k8s_io/jobset-name"=JOBSET_NAME

משתמשים במסנן הבא עבור פרוסת TPU ועובדים:

resource.type="k8s_container"
resource.labels.cluster_name=CLUSTER_NAME
labels."k8s-pod/jobset_sigs_k8s_io/jobset-name"=JOBSET_NAME
resource.labels.pod_name:<jobSetName>-<replicateJobName>-<job-index>-<worker-index>

מידע נוסף מופיע במאמר בנושא צפייה ביומני TPU ב-GKE.

הפעלת מדדים נוספים

בנוסף למדדי ה-TPU הכלליים, יש 4 מדדים נוספים של זמן ריצה של TPU שספציפיים ל-multislice. המדדים האלה זמינים ב-GKE מגרסה ‎1.29.1-gke.1016000 ואילך. עומס העבודה ב-TPU חייב להשתמש בגרסה 0.4.24 של JAX

אלה המדדים הזמינים של חיתוך נתונים:

  • זמני השהיה בהעברה ב-DCN (רשת מרכזי נתונים): התפלגות של זמני השהיה בהעברת נתונים ברשת עבור תנועה מרובת פרוסות.
  • זמני תגובה קולקטיביים: התפלגות של זמן התגובה הקולקטיבי מקצה לקצה לתנועה של כמה פרוסות.
  • השהיות בהעברה ממארח למכשיר: חלוקת ההשהיות בהעברה ממארח למכשיר לכל נתח נתונים בתנועה מרובת-פלחים.
  • זמני השהיה בהעברה ממכשיר למארח: חלוקת זמני ההשהיה בהעברה ממכשיר למארח לכל נתח נתונים בתנועה של כמה פרוסות.

המדדים האלה נמצאים בסכימת הקונטיינר של Kubernetes ‏ (k8s_container):

  • kubernetes.io/container/multislice/network/dcn_transfer_latencies
  • kubernetes.io/container/multislice/network/collective_end_to_end_latencies
  • kubernetes.io/container/multislice/accelerator/host_to_device_transfer_latencies
  • kubernetes.io/container/multislice/accelerator/device_to_host_transfer_latencies

פלח TPU לעומת Multislice

בטבלה הבאה מפורטים ההבדלים בארגון הארכיטקטוני של פרוסת TPU ושל Multislice:

TPU slice Multislice
קישוריות עומס העבודה פועל ב-TPU slice יחיד. כל שבבי ה-TPU בפרוסת TPU מחוברים באמצעות ICI. עומס העבודה פועל בכמה חלקי TPU. התקשורת בתוך פרוסה מתבצעת באמצעות ICI. התקשורת בין הפרוסות מתבצעת דרך ה-DCN.
מאגרי צמתים נתמכים פרוסת TPU במארח יחיד ופרוסת TPU בכמה מארחים קבוצות של פלחי TPU עם מספר מארחים
סוג עומס העבודה המומלץ ‫IndexedJob או JobSet JobSet

מחיקת משאבים

הדרך הקלה ביותר לבטל את החיוב היא למחוק את Google Cloud הפרויקט שיצרתם בשביל המדריך. אפשר גם למחוק את המשאבים בנפרד.

מחיקת הפרויקט

    כדי למחוק Google Cloud פרויקט:

    gcloud projects delete PROJECT_ID

מחיקת משאבים בודדים

מחיקת אשכול GKE:

```sh
gcloud container clusters delete  CLUSTER_NAME \
   --project=PROJECT_ID  \
   --location=CONTROL_PLANE_LOCATION
```

מחיקת משאבים שנוצרו באמצעות XPK

אם השתמשתם ב-XPK כדי ליצור את האשכול, מחקו את האשכול כדי להימנע מחיובים נוספים:

xpk cluster delete \
    --cluster=$CLUSTER_NAME \
    --project=$PROJECT_ID \
    --zone=$ZONE

מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

  • CLUSTER_NAME: שם האשכול.
  • PROJECT_ID: מזהה הפרויקט ב- Google Cloud .
  • ZONE: האזור שבו נוצר האשכול.

המאמרים הבאים