在Backbone不变的情况下,若显存有限,如何增大训练时的batchsize?

原文作者:灿视,来源公众号: 灿视学长,如有侵权,请联系作者删除!

使用Tricks,节省训练显寸

  • 使用inplace操作,比如relu激活函数,我们可以使用inplace=True
  • 每次循环结束时候,我们可以手动删除loss,但是这样的操作,效果有限。
  • 使用float16混合精度计算,据有关人士测试过,使用apex,能够节省将近50%的显存,但是还是要小心mean与sum会溢出的操作。
  • 训练过程中的显存占用包括前向与反向所保存的值,所以在我们不需要bp的forward的时候,我们可以使用torch.no_grad()
  • torch.cuda.empty_cache() 这是del的进阶版,使用nvidia-smi 会发现显存有明显的变化。但是训练时最大的显存占用似乎没变。大家可以试试。
  • 如使用将batchsize=32这样的操作,分成两份,进行forward,再进行backward,不过这样会影响batchnorm与batchsize相关的层。yolo系列cfg文件里面有一个参数就是将batchsize分成几个sub batchsize的。
  • 使用pooling,减小特征图的size,如使用GAP等来代替FC等。
  • optimizer的变换使用,理论上,显寸占用情况 sgd<momentum<adam,可以从计算公式中看出有额外的中间变量。

从反传角度考虑

参考陈天奇老师论文:《Training Deep Nets with Sublinear Memory Cost

在训练的时候,CNN的主要开销来自于储存用于计算 backward 的 activation,一般的 workflow 是这样的:

对于一个长度为 N 的 CNN,需要 O(N) 的内存。这篇论文给出了一个思路,每隔 sqrt(N) 个 node 存一个 activation,中需要的时候再算,这样显存就从 O(N) 降到了 O(sqrt(N))。

对于越深的模型,这个方法省的显存就越多,且速度不会明显变慢。其中本身也有这样的函数实现一样的功能。

可以参考pytorch关于使用梯度检查点节省内存的文章:

使用梯度检查点(gradient checkpointing)训练比内存还大的pytorch模型

补充

对于题目而言,是为了增大  。同样,如果显存真的特别有限,我们怎么办呢?我们也可以将小batchsize 的数据达到大 batchsize的效果。

举个例子,假设由于显存限制的Dataloader的batchsize 只能设为4,想要通过梯度累积实现 batchsize等于16,这需要进行四次迭代,每次迭代的除以4,这里给一个参考代码:

for i,(images,target) in enumerate(train_loader):
    # 1. input output
    images = images.cuda(non_blocking=True)
    target = torch.from_numpy(np.array(target)).float().cuda(non_blocking=True)
    outputs = model(images)
    loss = criterion(outputs,target)

    # 2.1 loss regularization
    loss = loss/accumulation_steps   
    # 2.2 back propagation
    loss.backward()
    # 3. update parameters of net
    if((i+1)%accumulation_steps)==0:
        # optimizer the net
        optimizer.step()        # update parameters of net
        optimizer.zero_grad()   # reset gradient

首先,获取loss, 再计算当前梯度,不过我们暂先不清空梯度,使当前梯度加在已有梯度上。当梯度累加到了一定次数之后,最后使用累计的梯度来更新参数。

一定条件下,batchsize 越大训练效果越好,梯度累加则实现了batchsize 的变相扩大。但,增大batchsize的同时,需要我们适当放大学习率。

不过使用accumulation_steps=8的效果是不如真实的batchsize放大8倍,因为增大8倍batchsize的训练图片,其running_mean与running_var更加准确。

参考链接:

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