Merlin HugeCTR Sparse Operation Kit 系列之一

摘要

1. Introduction

HugeCTR 能夠高效地利用 GPU 來進行推薦系統的訓練，為了使它還能直接被其他 DL 用戶，比如 TensorFlow 所直接使用，我們開發了 SparseOperationKit (SOK)，來將 HugeCTR 中的高級特性封裝為 TensorFlow 可直接調用的形式，從而幫助用戶在 TensorFlow 中直接使用 HugeCTR 中的高級特性來加速他們的推薦系統。

圖 1. SOK embedding 工作流程

SOK 以數據并行的方式接收輸入數據，然后在 SOK 內部做黑盒式地模型轉換，最后將計算結果以數據并行的方式傳遞給初始 GPU。這種方式可以盡可能少地修改用戶已有的代碼，以更方便、快捷地在多個 GPU 上進行擴展。

SOK 不僅僅是加速了 TensorFlow 中的算子，而是根據業界中的實際需求提供了對應的新解決方案，比如說 GPU HashTable。SOK 可以與 TensorFlow 1.15 和 TensorFlow 2.x 兼容使用；既可以使用 TensorFlow 自帶的通信工具，也可以使用 Horovod 等第三方插件來作為 embedding parameters 以為參數的通信工具。

2. TF2 Comparison/Performance

使用 MLPerf 的標準模型 DLRM 來對 SOK 的性能進行測試。

圖 2. SOK性能測試數據

相比于 NVIDIA 的 DeepLearning Examples，使用 SOK 可以獲得更快的訓練速度以及更高的吞吐量。

3. API

SOK 提供了簡潔的、類 TensorFlow 的 API；使用 SOK 的方式非常簡單、直接；讓用戶通過修改幾行代碼就可以使用 SOK。

定義模型結構

左側是使用 TensorFlow 的 API 來搭建模型，右側是使用 SOK 的 API 來搭建相同的模型。使用 SOK 來搭建模型的時候，只需要將 TensorFlow 中的 Embedding Layer 替換為 SOK 對應的 API 即可。

使用 Horovod 來定義 training loop

同樣的，左側是使用 TensorFlow 來定義 training loop，右側是使用 SOK 時，training loop 的定義方式。可以看到，使用 SOK 時，只需要對 Embedding Variables 和 Dense Variables 進行分別處理即可。其中，Embedding Variables 部分由 SOK 管理，Dense Variables 由 TensorFlow 管理。