模型GPU-＞NPU(Ascend)迁移训练简述

一、迁移训练流程图解

二、详细流程步骤

1. 模型训练与日志记录

2. 跨平台精度对齐对比

3. 问题定位与修复

4. 迭代验证

三、关键技术点

四、常见问题与解决方案

一、迁移训练流程图解

通过华为云的modelart进行运行环境选型

北京四使用GPU进行模型训练，生成gpulog.json文件，记录损失函数等信息。然后，使用ptdbg_ascend工具进行精度收集，生成dump文件，由于文件过大，上传到obs桶。

贵阳一使用Ascend进行模型训练，同样生成gpulog.json文件，记录损失函数等信息。使用ptdbg_ascend工具进行精度收集，生成dump文件，然后下载到本地。

接下来，对比北京四和贵阳一的dump文件，确保精度对齐。如果发现问题，生成报告并修改代码。这个流程的目的是确保不同硬件平台上的模型训练精度一致。

二、详细流程步骤

1. 模型训练与日志记录

北京四（GPU平台）
- 模型训练：使用GLM-6B模型在GPU上进行训练，生成训练日志文件gpulog.json，记录损失函数（Loss）、学习率（LR）等关键指标。
- 精度数据收集：通过ptdbg_ascend工具，收集训练过程中各层的中间计算结果（如权重、梯度、激活值），生成dump文件。
- 文件上传：由于dump文件体积庞大（超过100M），将其上传至华为云OBS桶（如 obs://glm6b-dump/beijing_gpu/）。
贵阳一（Ascend平台）
- 模型训练：在Ascend芯片上训练相同架构的GLM-6B模型，同样生成gpulog.json日志文件。
- 精度数据收集：使用ptdbg_ascend工具生成dump文件，记录Ascend平台的计算结果。
- 文件下载：将dump文件从云端下载至本地目录（如 ./guiyang_ascend/）。

2. 跨平台精度对齐对比

对比目标：验证GPU与Ascend平台的模型计算结果是否一致，避免硬件差异导致精度偏差。
对比方法：
1. 文件预处理：
  - 提取dump文件中的关键数据（如某层的输出张量）。
  - 转换数据格式为统一的标准化格式（如Numpy数组）。
2. 精度比对：
  - 使用工具（如numpy.allclose()或自定义脚本）逐层对比GPU与Ascend的中间结果。
  - 设置误差容忍阈值（如绝对误差atol=1e-5，相对误差rtol=1e-3）。
3. 结果分析：
  - 标记不一致的层或操作（如矩阵乘法、激活函数）。
  - 生成对比报告，记录差异位置和误差值。

3. 问题定位与修复

报告生成：
- 若发现显著差异（如某层误差超过阈值），自动生成对比报告，包含：
  - 差异层名称（如 layer4.conv1）
  - 最大误差值（如 max_diff=0.012）
  - 硬件平台差异分析（如GPU FP16与Ascend FP32的精度差异）
代码修复：
- 场景1：硬件兼容性问题
  - 调整模型代码，适配Ascend的算子（如替换torch.nn.functional.conv2d为Ascend专用API）。
- 场景2：数值精度问题
  - 强制统一计算精度（如均使用FP32训练）。
- 场景3：随机性差异
  - 固定随机种子（如设置np.random.seed(42)和torch.manual_seed(42)）。

4. 迭代验证

重新训练与验证：
- 修复代码后，重新在GPU和Ascend平台训练模型。
- 重复dump文件生成、对比、分析流程，直至精度对齐达标。
自动化集成：
- 将精度对比脚本集成到CI/CD流水线中，实现自动化验证。

三、关键技术点

ptdbg_ascend工具
- 用于在Ascend平台捕获模型前向传播和反向传播的中间结果。
- 支持按层或按操作筛选dump数据，灵活控制输出粒度。
OBS桶管理
使用华为云OBS存储大体积dump文件，支持多平台共享与版本控制。
误差分析工具
开发自定义脚本或使用开源工具（如TensorBoard、DeepDiff）进行数据对比。

跨平台兼容性设计

在代码中抽象硬件相关操作，例如：

if platform == 'Ascend':  
    from ascend_op import CustomConv2d  
else:  
    import torch.nn.functional as F

四、常见问题与解决方案

1. 中间结果差异过大

问题描述
在对比GPU和Ascend的dump文件时，发现某些层的输出张量差异显著（如误差超过1e-3），导致模型最终精度不一致。
可能原因
- 硬件浮点精度差异：
  GPU默认可能使用FP16混合精度训练，而Ascend可能以FP32执行，不同精度下计算的舍入误差累积后差异放大。
- 框架实现差异：
  某些算子（如矩阵乘法、激活函数）在PyTorch（GPU）和昇腾（Ascend）中的底层实现不同。
解决方案
- 统一计算精度：
  强制所有平台使用FP32精度训练，避免混合精度带来的误差。
  代码示例（PyTorch）：
```
# 禁用自动混合精度（AMP）
with torch.cuda.amp.autocast(enabled=False):  # GPU
    output = model(input)
```
  Ascend平台：在训练脚本中关闭FP16优化选项。
- 误差容忍调整：
  在对比工具中放宽相对误差（如设置rtol=1e-3），允许硬件差异导致的微小偏差。

2. 特定层无输出

问题描述
在Ascend平台上，某些模型层（如自定义卷积层）的dump文件中无数据输出，导致对比流程中断。
可能原因
- 算子不支持：
  Ascend未实现某些PyTorch原生算子（如torch.nn.functional.grid_sample），导致前向传播中断。
- 动态形状适配问题：
  模型输入张量的动态形状（如可变尺寸）在Ascend上未适配。
解决方案
- 替换为等效算子：
  使用昇腾提供的替代算子库（如ascend_op）覆盖不兼容的操作。
  代码示例：
```
# 原始代码（GPU）
import torch.nn.functional as F
output = F.conv2d(input, weight)

# 修改后（Ascend）
from ascend_op import CustomConv2d  # 昇腾自定义卷积
output = CustomConv2d.apply(input, weight)
```
- 静态形状固定：
  在训练前固定输入张量的形状，或在代码中添加动态形状适配逻辑。

3. 随机性导致结果不一致

问题描述
即使模型结构和输入数据完全相同，GPU和Ascend的训练结果仍存在随机性差异（如损失函数波动）。
可能原因
- 未固定随机种子：
  权重初始化、数据加载顺序、Dropout层等环节引入随机性。
- 并行计算差异：
  GPU和Ascend在多卡训练时的并行策略不同（如数据分片方式）。

解决方案

全局固定随机种子：
在代码开头统一设置随机种子，确保可复现性。
代码示例：

import torch
import numpy as np

# 固定随机种子
torch.manual_seed(42)      # 权重初始化
np.random.seed(42)         # 数据预处理
torch.cuda.manual_seed_all(42)  # GPU随机操作

禁用非确定性算法：
在PyTorch中禁用非确定性算法，避免硬件差异。
```
torch.backends.cudnn.deterministic = True
torch.backends.cudnn.benchmark = False
```

4. 文件对比耗时过长

问题描述
dump文件体积过大（如超过100GB），逐层对比所有数据点耗时过长，影响开发效率。
可能原因
- 全量数据对比：
  逐点比对所有中间结果的计算值（如百万级张量元素）。
- 单线程处理：
  未利用多核或分布式计算加速对比过程。

解决方案

分层抽样对比：
仅抽取关键层（如最后一层或误差敏感层）的部分数据进行快速验证。
代码示例：

def compare_samples(layer_data_gpu, layer_data_ascend, sample_ratio=0.1):
    # 随机抽取10%的数据点对比
    samples = np.random.choice(len(layer_data_gpu), int(len(layer_data_gpu)*sample_ratio)
    max_diff = np.max(np.abs(layer_data_gpu[samples] - layer_data_ascend[samples]))
    return max_diff

启用并行处理：
使用多进程或分布式框架（如Dask）加速对比。
代码示例：

from concurrent.futures import ProcessPoolExecutor

def parallel_compare(layers_gpu, layers_ascend):
    with ProcessPoolExecutor() as executor:
        results = list(executor.map(compare_layers, layers_gpu, layers_ascend))
    return results