Managing, Profiling, and Optimizing Heterogeneous GPU Workloads
Notice bibliographique
Résumé
The popularity of machine learning (ML) workloads have made GPU instance offerings ubiquitous in the cloud, introducing new challenges in managing, profiling, and optimizing GPU workloads. Cloud providers assign passthrough GPUs directly to virtual machines (VMs) for high performance, but doing so renders VM migration non-functional, limiting cloud operator ability to manage hardware resources. Existing general purpose GPU (GPGPU) and deep neural network (DNN) profiling tools are ineffective for heterogeneous CPU/GPU workloads like reinforcement learning (RL) since they only provide information about GPU kernel and DNN layer execution, and ignore CPU-side bottlenecks such as simulation. The lack of adequate profiling tools has led ML researchers to rely on naive costly cluster scale-up solutions to optimize RL training time, which can cost millions of dollars and are inaccessible to most ML researchers. In this dissertation, we build systems software for addressing these challenges. For management, we build Crane, a GPU virtualization middleware that achieves within 5% of passthrough GPU performance, requires no OS/application/hypervisor modifications, and can even enable migration between heterogeneous GPU targets. For profiling, we build RL-Scope, a cross-stack profiling tool tailored to RL workloads that breaks down low-level CPU/GPU training time scoped to high-level algorithmic operations (i.e., inference, simulation, backpropagation). We survey RL workloads across major workload dimensions (i.e., simulator, RL algorithm, DNN framework) and demonstrate that RL workloads suffer universally from low GPU utilization, and that na ̈ıve attempts to increase GPU utilization by parallelizing GPU inference requests are unsuccessful. For optimization, we propose two optimizations targeting the time-consuming data collection phase of RL training. First, GPU vectorization moves simulation from the CPU to the GPU to benefit from increased hardware parallelism, achieving a 1024× speedup over CPU implementations. Second, Simulator kernel fusion fuses multiple steps of simulation into a single GPU kernel launch to benefit from caching simulator state in fast GPU registers, obtaining a 11.3× speedup over an unfused GPU kernel. Both optimizations are orthogonal and can be combined for massive multiplicative speedups, and are more accessible to ML researchers since they do not rely on costly cluster scale-up
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».