PyTorch로 바닥부터 구현하는 분산 학습 병렬화 교육용 저장소

실용적 조언

분산 학습 프레임워크를 사용하기 전, All-Reduce와 같은 집합 통신이 연산 그래프의 어느 시점에서 발생하는지 이 코드를 통해 먼저 파악하면 디버깅에 유리하다.

섹션별 상세

분산 학습의 핵심 알고리즘을 고수준 프레임워크의 추상화 없이 직접 구현했다. PyTorch를 기반으로 순전파와 역전파 로직을 작성하고 프로세스 간 데이터 동기화를 위한 집합 통신(Collectives)을 명시적으로 호출하도록 설계했다. 이를 통해 사용자는 라이브러리 내부에서 자동으로 처리되던 통신 패턴이 실제 코드 수준에서 어떻게 작동하는지 확인할 수 있다.

학습 모델은 통신 패턴 연구에 집중할 수 있도록 합성 데이터 태스크를 수행하는 2-matmul MLP 블록의 반복으로 단순화했다. 복잡한 아키텍처 대신 단순한 행렬 곱셈 연산을 사용함으로써 분산 환경에서 연산 결과가 어떻게 분할되고 다시 합쳐지는지에 대한 메커니즘을 명확히 보여준다. JAX ML Scaling 서적의 학습 파트를 기반으로 하여 이론적 배경과 코드 구현 간의 정렬을 꾀했다.

용어 해설

분산 학습(Distributed Training): — 대규모 AI 모델을 여러 대의 GPU나 노드에 나누어 병렬로 학습시키는 기술이다. 데이터 병렬화나 모델 병렬화 등을 통해 학습 시간을 단축하고 단일 장치의 메모리 한계를 극복하는 데 필수적이다.
집합 통신(Collectives): — 분산 컴퓨팅 환경에서 여러 프로세스 간에 데이터를 주고받는 표준화된 통신 패턴이다. All-Reduce, All-Gather, Broadcast 등이 포함되며, 각 노드의 그래디언트를 동기화하거나 가중치를 공유할 때 사용된다.
순전파/역전파 로직(Forward/Backward Logic): — 신경망에서 입력을 통해 출력을 계산하는 과정(순전파)과 오차를 바탕으로 가중치 업데이트를 위한 그래디언트를 계산하는 과정(역전파)이다. 분산 환경에서는 이 과정 사이에 통신 단계가 명시적으로 포함되어야 한다.

언급된 도구

PyTorch추천링크

분산 학습 로직 구현을 위한 기본 프레임워크

언급된 리소스

GitHubpytorch-distributed-training-from-scratch GitHub