マルチGPU学習とは、複数のGPUを同時に使用してディープラーニングモデルの学習を行う手法です。単一GPUでは処理しきれない大規模なモデルやデータセットを扱う場合に不可欠であり、数十から数千のGPUを組み合わせた分散学習が大規模AIモデルの開発を支えています。
マルチGPU学習の構成
マルチGPU学習は、1台のサーバー内の複数GPUを使う「シングルノード・マルチGPU」と、複数のサーバーのGPUを使う「マルチノード・マルチGPU」に分かれます。前者はNVLinkで接続され、後者はInfiniBandやEthernetでノード間を接続します。規模が大きくなるほどネットワークの帯域幅と通信効率が重要になります。
並列化戦略の選択
マルチGPU学習では、データ並列、モデル並列、パイプライン並列、テンソル並列などの戦略を適切に組み合わせます。小規模なモデルではデータ並列のみで十分ですが、GPT-4クラスの巨大モデルでは複数の並列化戦略を組み合わせた3D/4D並列化が必要です。
実装フレームワーク
PyTorchのDistributed Data Parallel（DDP）やFSDP（Fully Sharded Data Parallel）、DeepSpeed、Megatron-LM、JAXのpmap/pmeshなどのフレームワークが、マルチGPU学習の実装を支援しています。これらのフレームワークは、通信の最適化、メモリ管理、フォールトトレランスなどの複雑な処理を抽象化し、開発者が学習ロジックに集中できるようにしています。