במדריך הזה נסביר איך לאמן את מודל השפה הגדול (LLM) Llama 3 8B ב-Google Kubernetes Engine (GKE) באמצעות MaxText, Ray Train ויחידות TPU.
המדריך הזה מספק הדרכה מלאה מקצה לקצה, מהגדרת תשתית הענן הנדרשת ועד לשליחה ולהפעלה מוצלחת של עומס העבודה לאימון ב-TPU עם כמה מארחים.
המדריך הזה מיועד לאדמינים ולמפעילים של פלטפורמות, ולמומחים בתחום הנתונים וה-AI שרוצים ללמוד איך לאמן מודלים גדולים בפרוסת TPU מבוזרת עם כמה מארחים.
רקע
השילוב של GKE, KubeRay, MaxText ו-TPU מספק פלטפורמה חזקה וניתנת להרחבה לאימון מודלים בקנה מידה גדול. בקטע הזה מתוארות הטכנולוגיות העיקריות שמופיעות במדריך הזה:
JAX
JAX היא ספריית Python לחישוב מערכים ולהמרת תוכניות שמותאמת למאיצים, ומיועדת לחישובים מספריים עם ביצועים גבוהים וללמידת מכונה בקנה מידה גדול.
JAX מספקת מערכת ניתנת להרחבה להמרת פונקציות מספריות כמו jax.grad, jax.jit ו-jax.vmap, תוך שימוש בקומפיילר XLA ליצירת קוד שעבר אופטימיזציה גבוהה וניתן להרחבה ביעילות במאיצים כמו GPU ו-TPU. היתרון העיקרי של JAX הוא הקומפוזביליות שלו, שמאפשרת למשתמשים לשלב את הטרנספורמציות האלה כדי ליצור תוכניות מספריות מורכבות עם ביצועים גבוהים להרצה מבוזרת.
MaxText
MaxText הוא מודל שפה גדול (LLM) בקוד פתוח עם ביצועים גבוהים, שנועד להתאמה אישית ולשינוי קנה מידה. MaxText מבוסס על JAX ומותאם להפעלה יעילה ב-Cloud TPU וב-GPU.
TPUs
יחידות לעיבוד טנסורים (TPU) הן מאיצים שנוצרו על ידי Google בהתאמה אישית כדי לבצע אופטימיזציה של עומסי עבודה של למידת מכונה. בניגוד למעבדים מרכזיים לשימוש כללי או למעבדים גרפיים לעיבוד מקבילי, יחידות TPU הן מאוד ייעודיות לחישובים של מטריצות וטנסורים גדולים, שהם הבסיס ללמידה עמוקה, ולכן הן יעילות במשימה הספציפית הזו. היתרון העיקרי של מעבדי TPU הוא הביצועים בקנה מידה נרחב.
במדריך הזה נעשה שימוש ב-TPU Trillium, שהוא הדור השישי של TPUs. מידע נוסף זמין במאמר היתרונות של שימוש ב-TPU Trillium.
KubeRay
KubeRay הוא אופרטור של Kubernetes שמספק דרך מאוחדת לפריסה, לניהול ולניטור של אפליקציות Ray ב-Kubernetes. אפשר להתקין את האופרטור KubeRay ולנהל אותו באמצעות התוסף Ray on GKE. זו הדרך המומלצת לפרוס ולנהל אשכולות Ray ב-GKE.
מטרות
במדריך הזה מוסבר איך:
- מגדירים אשכול GKE עם מאגר צומתי TPU בכמה מארחים.
- מגדירים את KubeRay לניהול סביבת האימון המבוזרת.
- יצירת קובץ אימג' של Docker בהתאמה אישית שמכיל תלות ב-MaxText, ב-Ray וב-JAX.
- יוצרים סקריפט אימון ב-Python שמשתמש ב-
JaxTrainerשל Ray Train כדי לתזמן את לולאת האימון של MaxText בפריסת ה-TPU. - מגדירים
RayClusterמשאב בהתאמה אישית כדי להקצות את צומתי ה-head וה-worker עם משאבי ה-TPU הנדרשים. - שולחים את משימת האימון אל
RayClusterועוקבים אחרי ההתקדמות שלה. - שימוש ב-Cloud Storage לאחסון של נקודות ביקורת של מודלים.
לפני שמתחילים
- נכנסים לחשבון Google Cloud . אנחנו ממליצים למשתמשים חדשים ב- Google Cloud ליצור חשבון כדי שיוכלו להעריך את הביצועים של המוצרים שלנו בתרחישים מהעולם האמיתי. לקוחות חדשים מקבלים בחינם גם קרדיט בשווי 300$ להרצה, לבדיקה ולפריסה של עומסי העבודה.
-
התקינו את ה-CLI של Google Cloud.
-
אם אתם משתמשים בספק זהויות חיצוני (IdP), קודם אתם צריכים להיכנס ל-CLI של gcloud באמצעות המאגר המאוחד לניהול זהויות.
-
כדי לאתחל את ה-CLI של gcloud, הריצו את הפקודה הבאה:
gcloud init -
יוצרים או בוחרים Google Cloud פרויקט.
תפקידים שנדרשים כדי לבחור או ליצור פרויקט
- בחירת פרויקט: כדי לבחור פרויקט לא נדרש תפקיד IAM ספציפי – אתם יכולים לבחור כל פרויקט שקיבלתם בו תפקיד.
-
יצירת פרויקט: כדי ליצור פרויקט, צריך את התפקיד Project Creator (
roles/resourcemanager.projectCreator), שכולל את ההרשאהresourcemanager.projects.create. איך מקצים תפקידים
-
יוצרים Google Cloud פרויקט:
gcloud projects create PROJECT_ID
מחליפים את
PROJECT_IDבשם של פרויקט Google Cloud שיוצרים. -
בוחרים את הפרויקט שיצרתם: Google Cloud
gcloud config set project PROJECT_ID
מחליפים את
PROJECT_IDבשם הפרויקט ב- Google Cloud .
מפעילים את ממשקי ה-API הנדרשים, אם יש כאלה שלא מופעלים כבר:
תפקידים שנדרשים להפעלת ממשקי API
כדי להפעיל ממשקי API, צריך את ההרשאה
serviceusage.services.enable. אם יצרתם את הפרויקט, סביר להניח שכבר יש לכם את ההרשאה הזו דרך התפקיד 'בעלים' (roles/owner). אחרת, תוכלו לקבל את ההרשאה הזו דרך התפקיד 'אדמין בממשק Service Usage' (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin). איך מקצים תפקידיםgcloud services enable container.googleapis.com
cloudbuild.googleapis.com -
התקינו את ה-CLI של Google Cloud.
-
אם אתם משתמשים בספק זהויות חיצוני (IdP), קודם אתם צריכים להיכנס ל-CLI של gcloud באמצעות המאגר המאוחד לניהול זהויות.
-
כדי לאתחל את ה-CLI של gcloud, הריצו את הפקודה הבאה:
gcloud init -
יוצרים או בוחרים Google Cloud פרויקט.
תפקידים שנדרשים כדי לבחור או ליצור פרויקט
- בחירת פרויקט: כדי לבחור פרויקט לא נדרש תפקיד IAM ספציפי – אתם יכולים לבחור כל פרויקט שקיבלתם בו תפקיד.
-
יצירת פרויקט: כדי ליצור פרויקט, צריך את התפקיד Project Creator (
roles/resourcemanager.projectCreator), שכולל את ההרשאהresourcemanager.projects.create. איך מקצים תפקידים
-
יוצרים Google Cloud פרויקט:
gcloud projects create PROJECT_ID
מחליפים את
PROJECT_IDבשם של פרויקט Google Cloud שיוצרים. -
בוחרים את הפרויקט שיצרתם: Google Cloud
gcloud config set project PROJECT_ID
מחליפים את
PROJECT_IDבשם הפרויקט ב- Google Cloud .
מפעילים את ממשקי ה-API הנדרשים, אם יש כאלה שלא מופעלים כבר:
תפקידים שנדרשים להפעלת ממשקי API
כדי להפעיל ממשקי API, צריך את ההרשאה
serviceusage.services.enable. אם יצרתם את הפרויקט, סביר להניח שכבר יש לכם את ההרשאה הזו דרך התפקיד 'בעלים' (roles/owner). אחרת, תוכלו לקבל את ההרשאה הזו דרך התפקיד 'אדמין בממשק Service Usage' (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin). איך מקצים תפקידיםgcloud services enable container.googleapis.com
cloudbuild.googleapis.com -
נותנים תפקידים לחשבון המשתמש. מריצים את הפקודה הבאה לכל אחד מהתפקידים הבאים ב-IAM:
roles/container.admin, roles/iam.serviceAccountAdmin, roles/cloudbuild.builds.editorgcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="user:USER_IDENTIFIER" --role=ROLE
מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:
-
PROJECT_ID: מזהה הפרויקט. -
USER_IDENTIFIER: המזהה של חשבון המשתמש . לדוגמה,myemail@example.com. -
ROLE: תפקיד ה-IAM שאתם מקצים לחשבון המשתמש.
-
- במדריך הזה נעשה שימוש ב-TPU Trillium (v6e), לכן צריך לבחור אזור או אזור משנה שבהם הוא זמין. מידע נוסף זמין במאמר בנושא מכסות של Cloud TPU.
הכנת הסביבה
במדריך הזה משתמשים ב-Cloud Shell. ב-Cloud Shell מותקנים מראש כלי שורת הפקודה gcloud, helm ו-kubectl שבהם נשתמש במדריך הזה.
נכנסים למסוףGoogle Cloud .
בחלק העליון של חלון המסוף Google Cloud , לוחצים על הלחצן Activate Cloud Shell
.ב Google Cloud מסוף ייפתח סשן של Cloud Shell בתוך מסגרת חדשה ותופיע הנחיה של שורת הפקודה.
יוצרים ומפעילים סביבה וירטואלית של Python:
python3 -m venv ray-env source ray-env/bin/activateמתקינים את Ray CLI ואת יחסי התלות האחרים:
pip install "ray[default]==2.49.1"מגדירים את משתני הסביבה הבאים:
export PROJECT_ID=$(gcloud config get project) export PROJECT_NUMBER=$(gcloud projects describe ${PROJECT_ID} --format="value(projectNumber)") export GS_BUCKET=GS_BUCKET export KSA_NAME=KSA_NAME export NAMESPACE=default export CLUSTER_NAME=CLUSTER_NAME export REGION=REGION export ZONE=ZONE export ARTIFACT_REGISTRY=ARTIFACT_REGISTRYמחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:
-
GS_BUCKET: שם הקטגוריה ב-Cloud Storage. -
KSA_NAME: השם של חשבון השירות של Kubernetes. -
CLUSTER_NAME: השם של האשכול החדש. -
REGION: האזור שבו קיבולת TPU Trillium זמינה. -
ZONE: האזור שבו קיבולת TPU Trillium זמינה. מידע נוסף זמין במאמר זמינות של TPU ב-GKE. -
ARTIFACT_REGISTRY: השם של מאגר Artifact Registry.
-
יצירת אשכול GKE
אתם יכולים להגדיר את KubeRay ב-TPU באשכול GKE Autopilot או באשכול רגיל. מומלץ להשתמש באשכול Autopilot כדי ליהנות מחוויית Kubernetes מנוהלת באופן מלא. כדי לבחור את מצב הפעולה של GKE שהכי מתאים לעומסי העבודה שלכם, אפשר לעיין במאמר מידע על מצבי הפעולה של GKE.
טייס אוטומטי
ב-Cloud Shell, מריצים את הפקודה הבאה:
gcloud container clusters create-auto $CLUSTER_NAME \ --enable-ray-operator \ --machine-type=n1-standard-16 \ --location=$REGIONכדי לתקשר עם האשכול, מגדירים את
kubectl:gcloud container clusters get-credentials CLUSTER_NAME \ --location=$ZONE
רגילה
ב-Cloud Shell, יוצרים אשכול Standard שמופעל בו התוסף Ray operator באמצעות הפקודה הבאה:
gcloud container clusters create $CLUSTER_NAME \ --addons=RayOperator \ --addons GcsFuseCsiDriver \ --machine-type=n1-standard-16 \ --workload-pool=$PROJECT_ID.svc.id.goog \ --location=$ZONEהפקודה הזו גם מפעילה את
GcsFuseCsiDriver, שמאפשר ל-Pods לטעון קטגוריות של Cloud Storage כמערכות קבצים מקומיות. יצירת האשכול עשויה להימשך כמה דקות.כדי לתקשר עם האשכול, מגדירים את
kubectl:gcloud container clusters get-credentials CLUSTER_NAME \ --location=LOCATIONיוצרים מאגר צמתים של פרוסת TPU עם כמה מארחים:
gcloud container node-pools create v6e-16 \ --location=$ZONE \ --cluster=$CLUSTER_NAME \ --machine-type=ct6e-standard-4t \ --threads-per-core=1 \ --tpu-topology=4x4 \ --num-nodes=4
GKE מקצה מאגר צמתים שמורכב מ-4 מכונות וירטואליות של TPU Trillium (v6e), שמוגדרות יחד כפרוסת TPU עם כמה מארחים, עם טופולוגיה של 4x4, שמוכנה לעומסי עבודה של אימון מבוזר.
האופרטור של Ray באשכול GKE מתקין באופן אוטומטי את KubeRay ואת ה-webhook של KubeRay TPU באשכול.
הגדרת קטגוריה של Cloud Storage וחשבון שירות
יוצרים קטגוריה של Cloud Storage לנקודות ביקורת משותפות בין צמתי ה-TPU עם כמה מארחים.
gsutil mb -p ${PROJECT_ID} -c STANDARD -l ${REGION} gs://${GS_BUCKET}כדי להפעיל גישה לקטגוריה של Cloud Storage, יוצרים חשבון שירות של Kubernetes:
kubectl create serviceaccount ${KSA_NAME} --namespace ${NAMESPACE}כדי להעניק גישה לקטגוריה של Cloud Storage, מוסיפים לחשבון השירות את קישורי המדיניות הנדרשים ב-IAM:
gcloud storage buckets add-iam-policy-binding gs://${GS_BUCKET} \ --member "principal://iam.googleapis.com/projects/${PROJECT_NUMBER}/locations/global/workloadIdentityPools/${PROJECT_ID}.svc.id.goog/subject/ns/${NAMESPACE}/sa/${KSA_NAME}" \ --role "roles/storage.objectUser"
יצירת סקריפט האימון
הסקריפט הבא משתמש ב-JaxTrainer של Ray Train כדי להריץ משימת אימון מבוזרת של MaxText. הסקריפט מגדיר את סביבת האימון עבור מאגר צמתים של פרוסת TPU מרובת-מארחים ומריץ את משימת האימון של MaxText בכל צומת עובד. הפונקציה train_loop_per_worker עוטפת את נקודת הכניסה הראשית של MaxText, ומשתמשת במתזמן המבוזר של Ray כדי להפעיל את כלי ההדרכה של MaxText בפרוסת TPU מרובת מארחים.
שומרים את סקריפט Python הבא בשם
maxtext_ray_trainer.py:כדי לארח את התמונה המותאמת אישית, יוצרים מאגר ב-Artifact Registry:
gcloud artifacts repositories create ${ARTIFACT_REGISTRY} \ --repository-format=docker --location=${REGION} && \ gcloud auth configure-docker ${REGION}-docker.pkg.devכדי ליצור קובץ אימג' שכולל יחסי תלות של Ray ו-MaxText לאימון, יוצרים
Dockerfile:יוצרים קובץ אימג' של Docker, מתייגים אותו ומעבירים אותו בדחיפה ל-Artifact Registry:
export DOCKER_IMAGE=${REGION}-docker.pkg.dev/${PROJECT_ID}/${ARTIFACT_REGISTRY}/ray-maxtext:latest gcloud builds submit --tag ${DOCKER_IMAGE}
אימון המודל
שומרים את קובץ המניפסט לדוגמה הבא בשם
maxtext-tpu-cluster.yaml:הגדרת ה-RayCluster שמופיעה למעלה יוצרת קבוצת עובדים של TPU עם ארבעה עובדים (
numOfHosts: 4) לכל רפליקה. כל עובד מבקש ארבעה שבבי TPU (google.com/tpu: "4"). העובדים יתוזמנו בצומת שמריץ TPU Trillium (tpu-v6e-slice), שהוא חלק מאותו פלח מרובה מארחים שנמצא באותו מיקום. KubeRay משנה את קנה המידה של כל ארבעת ה-workers באופן אטומי, ומשתני הסביבה הנדרשים של JAX, כמו גם Pod Affinities לתזמון, מאותחלים על ידי GKE באמצעות webhook משתנה.כדי להגדיר את הערכים הנדרשים בקובץ ה-YAML, יוצרים את ה-RayCluster באמצעות
envsubst:envsubst < maxtext-tpu-cluster.yaml | kubectl apply -f -מוודאים שהאשכול מוכן ופועל:
kubectl get rayclusters maxtext-tpu-clusterהפלט אמור להיראות כך:
NAME DESIRED WORKERS AVAILABLE WORKERS CPUS MEMORY GPUS STATUS AGE maxtext-tpu-cluster 4 4 40 798027216Ki 0 ready 11mכדי לגשת ללוח הבקרה של Ray דרך שירות ה-Ray head, צריך ליצור סשן של העברת פורטים:
kubectl port-forward svc/maxtext-tpu-cluster-head-svc 8265:8265 2>&1 >/dev/null &מוודאים שאפשר לגשת ל-RayCluster מהסביבה המקומית:
ray list nodes --address http://localhost:8265הפלט אמור להיראות כך:
======== List: 2025-09-13 03:53:16.988269 ======== Stats: ------------------------------ Total: 5 Table: ------------------------------ NODE_ID NODE_IP IS_HEAD_NODE STATE STATE_MESSAGE NODE_NAME RESOURCES_TOTAL LABELS 0 92c79d04c34b659c1e3044f7642ad3fd47eb16f290785237149fab56 10.84.0.9 (...)שולחים את הסקריפט JaxTrainer ל-RayCluster ובודקים שה-RayJob הושלם בהצלחה:
ray job submit \ --address http://localhost:8265 \ -- python /app/maxtext_ray_trainer.py \ /app/maxtext/src/MaxText/configs/base.yml \ base_output_directory=/data/ \ dataset_type=synthetic \ per_device_batch_size=1 \ max_target_length=4096 \ model_name=llama3-8b \ steps=100 \ ici_fsdp_parallelism=4 \ ici_tensor_parallelism=4 \ run_name=rayjob-8b-4096-tp4-4x4הפקודה הקודמת שולחת את סקריפט Python, שקורא לקוד JaxTrainerRay אל RayCluster. הפקודה
ray job submitכוללת כמה ארגומנטים ספציפיים ל-MaxText שמועברים להגדרת המודל.בטרמינל, הפלט אמור להיראות כך:
(RayTrainWorker pid=21663, ip=10.12.3.6) completed step: 99, seconds: 1.100, TFLOP/s/device: 179.739, Tokens/s/device: 3725.218, total_weights: 65536, loss: 0.000 [repeated 3x across cluster] ------------------------------------------ Job 'raysubmit_zCrJcWnuymMQv4C3' succeeded ------------------------------------------
הסרת המשאבים
כדי להימנע מחיובים בחשבון Google Cloud בגלל השימוש במשאבים שנעשה במסגרת המדריך הזה, אפשר למחוק את הפרויקט שמכיל את המשאבים, או להשאיר את הפרויקט ולמחוק את המשאבים הנפרדים.
מוחקים את RayCluster:
kubectl delete raycluster maxtext-tpu-clusterמוחקים את אשכול GKE:
gcloud container clusters delete $CLUSTER_NAME --zone=$ZONEמוחקים את הקטגוריה של Cloud Storage:
gsutil rm -r gs://${GS_BUCKET}מחיקת מאגר Artifact Registry:
gcloud artifacts repositories delete ${ARTIFACT_REGISTRY} --location=${REGION} --quiet
המאמרים הבאים
- מידע על Ray ב-Kubernetes
- איך מריצים vLLM ב-GKE עם TPU
- איך מפעילים את SDXL ב-GKE עם TPU
- מידע נוסף על TPU ב-GKE