分布式推理教程：使用多个GPU加速模型推理

分布式推理是在多个GPU上运行推理任务的有效方式，它能够提高模型推理的速度和效率。在这个教程中，我们将介绍如何使用Accelerate和PyTorch Distributed来实现分布式推理，以便在多个GPU上并行生成多个提示的结果。

概览

在分布式设置中，您可以使用Accelerate或PyTorch Distributed来在多个GPU上运行推理任务，这对于并行处理多个提示以生成结果非常有用。我们将分别介绍如何使用这两种方法。

Accelerate

Accelerate是一个设计用于简化在分布式设置中训练或运行推理任务的库。它简化了设置分布式环境的过程，让您可以专注于编写PyTorch代码。

首先，创建一个Python文件并初始化PartialState以创建分布式环境；您的设置会被自动检测，因此不需要显式定义排名或world_size。将DiffusionPipeline移动到distributed_state.device以为每个进程分配一个GPU。

现在，使用split_between_processes实用程序作为上下文管理器，自动将提示分发到进程的数量。

import torch
from accelerate import PartialState
from diffusers import DiffusionPipeline

pipeline = DiffusionPipeline.from_pretrained(
    "runwayml/stable-diffusion-v1-5", torch_dtype=torch.float16, use_safetensors=True
)
distributed_state = PartialState()
pipeline.to(distributed_state.device)

with distributed_state.split_between_processes(["a dog", "a cat"]) as prompt:
    result = pipeline(prompt).images[0]
    result.save(f"result_{distributed_state.process_index}.png")

使用--num_processes参数指定要使用的GPU数量，并调用accelerate launch来运行脚本：

accelerate launch run_distributed.py --num_processes=2

要了解更多，请查看Accelerate的分布式推理指南。

PyTorch Distributed

PyTorch支持DistributedDataParallel，它可以实现数据并行。

首先，创建一个Python文件，并导入torch.distributed和torch.multiprocessing来设置分布式进程组并为每个GPU上的推理生成进程。您还应该初始化一个DiffusionPipeline：

import torch
import torch.distributed as dist
import torch.multiprocessing as mp

from diffusers import DiffusionPipeline

sd = DiffusionPipeline.from_pretrained(
    "runwayml/stable-diffusion-v1-5", torch_dtype=torch.float16, use_safetensors=True
)

您需要创建一个函数来运行推理；init_process_group用于处理创建分布式环境、使用的后端类型、当前进程的排名以及参与的进程数量。如果您在2个GPU上并行运行推理，那么world_size就是2。

将DiffusionPipeline移到rank并使用get_rank为每个进程分配一个GPU，其中每个进程处理不同的提示：

def run_inference(rank, world_size):
    dist.init_process_group("nccl", rank=rank, world_size=world_size)

    sd.to(rank)

    if torch.distributed.get_rank() == 0:
        prompt = "a dog"
    elif torch.distributed.get_rank() == 1:
        prompt = "a cat"

    image = sd(prompt).images[0]
    image.save(f"./{'_'.join(prompt)}.png")

要运行分布式推理，调用mp.spawn来在world_size中定义的GPU数量上运行run_inference函数：

def main():
    world_size = 2
    mp.spawn(run_inference, args=(world_size,), nprocs=world_size, join=True)

if __name__ == "__main__":
    main()

完成推理脚本后，使用--nproc_per_node参数指定要使用的GPU数量，并调用torchrun来运行脚本：

torchrun run_distributed.py --nproc_per_node=2

结论

分布式推理是加速模型推理任务的一种强大方法，能够充分利用多个GPU的计算资源。通过使用Accelerate或PyTorch Distributed，您可以轻松地在分布式设置中运行推理任务，提高效率，加速生成结果的速度。

希望这个教程能够帮助您了解如何在分布式环境中运行模型推理任务，并取得更好的结果。