Η ιεραρχία μνήμης των TPU επηρεάζει σημαντικά τον κατακερματισμό της μνήμης στο JAX επηρεάζοντας τον τρόπο αποθήκευσης και πρόσβασης των δεδομένων κατά τους υπολογισμούς. Οι TPU έχουν μια εκλεπτυσμένη ιεραρχία μνήμης που περιλαμβάνει μνήμη υψηλής εύρους ζώνης (HBM), μνήμη φορέα (VMEM), μνήμη κλιμακωτή μνήμη και μνήμη συσσωρευτή. Αυτή η ιεραρχία έχει σχεδιαστεί για να βελτιστοποιεί την απόδοση ελαχιστοποιώντας τις μεταφορές δεδομένων μεταξύ διαφορετικών επιπέδων μνήμης, τα οποία μπορούν να μειώσουν τον κατακερματισμό της μνήμης.
Διευθυντής μνήμης στο JAX σε TPU:
1. Διάταξη δεδομένων και κατανομή μνήμης: Η JAX διαθέτει μνήμη στη συσκευή προορισμού (TPU) και όχι στη μνήμη RAM. Η αποτελεσματική διάταξη δεδομένων είναι ζωτικής σημασίας για την ελαχιστοποίηση του κατακερματισμού της μνήμης. Οι επιθεωρητές που ταιριάζουν με τα μεγέθη φιλικά προς την ΤΡΠ μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση του κατακερματισμού εξασφαλίζοντας ότι η μνήμη κατανέμεται σε συνεχόμενα μπλοκ, τα οποία είναι ευκολότερα στη διαχείριση και επαναχρησιμοποίηση [1] [4].
2. Στατικά σχήματα και συλλογή JIT: Το JAX απαιτεί στατικά σχήματα όταν χρησιμοποιείτε το `jax.jit`, το οποίο βοηθά τον μεταγλωττιστή να βελτιστοποιήσει τη χρήση της μνήμης και να μειώσει τον κατακερματισμό αποφεύγοντας δυναμικές κατανομές μνήμης κατά τη διάρκεια του χρόνου εκτέλεσης. Αυτή η στατική βελτιστοποίηση διασφαλίζει ότι η μνήμη κατανέμεται αποτελεσματικά και με συνέπεια, μειώνοντας την πιθανότητα κατακερματισμού [6].
3. Χρήση ιεραρχίας μνήμης: αξιοποιώντας τα διαφορετικά επίπεδα μνήμης σε TPU, το JAX μπορεί να βελτιστοποιήσει τα πρότυπα πρόσβασης δεδομένων. Για παράδειγμα, η χρήση VMEM για πρόσβαση δεδομένων υψηλής ταχύτητας κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης του πυρήνα μειώνει την ανάγκη για συχνές μεταφορές προς και από την HBM, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε κατακερματισμό μνήμης εάν δεν διαχειρίζεται σωστά [5].
4. Παράλληλη επεξεργασία και θραύση: Τεχνικές όπως ο παραλληλισμός των αγωγών και η θάλασσα βοηθούν στη διανομή δεδομένων σε πολλαπλούς πυρήνες TPU, μειώνοντας την πίεση μνήμης σε μεμονωμένους πυρήνες και ελαχιστοποιώντας τον κατακερματισμό εξασφαλίζοντας αποτελεσματικά ένα τμήμα των δεδομένων [1] [3].
Συνοπτικά, η ιεραρχία μνήμης των TPUs επηρεάζει τον κατακερματισμό της μνήμης στο JAX παρέχοντας ένα πλαίσιο για την αποτελεσματική κατανομή μνήμης και την πρόσβαση δεδομένων. Με τη βελτιστοποίηση της διάταξης των δεδομένων, τη χρήση στατικών σχημάτων και την αξιοποίηση των τεχνικών παράλληλης επεξεργασίας, οι προγραμματιστές μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τον κατακερματισμό της μνήμης και να ενισχύσουν τη συνολική απόδοση σε TPU.
Αναφορές:[1] https://app.studyraid.com/en/read/11969/381956/tpu-computation-strategies
[2] https://jax.readthedocs.io/en/latest/gpu_memory_allocation.html
[3] https://jax-ml.github.io/scaling-book/tpus/
[4] https://app.studyraid.com/en/read/11969/381958/memory-management-best-practices
[5] https://docs.jax.dev/en/latest/pallas/tpu/details.html
[6] https://news.ycombinator.com/item?id=29128998
[7] https://jax.readthedocs.io/en/latest/pallas/tpu/distributed.html
[8] https://github.com/google/jax/discussions/12071