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TPUembedding_columnsからTPUEmbeddingレイヤーに移行します

このガイドでは、 TPUでの埋め込みトレーニングをTPUEstimatorを使用したTPUEstimatorのembedding_columnからTPUStrategyを使用したTensorFlow2のTPUEmbeddingレイヤーAPIに移行する方法をTPUStrategyます。

埋め込みは（大きな）行列です。これらは、疎な特徴空間から密なベクトルにマップするルックアップテーブルです。埋め込みは、機能間の複雑な類似点と関係をキャプチャして、効率的で高密度の表現を提供します。

TensorFlowには、TPUへの埋め込みをトレーニングするための特別なサポートが含まれています。このTPU固有の埋め込みサポートにより、単一のTPUデバイスのメモリよりも大きい埋め込みをトレーニングし、TPUでスパースおよび不規則な入力を使用できます。

TensorFlow 1では、 tf.compat.v1.estimator.tpu.TPUEstimatorは、TPUで提供するためのトレーニング、評価、予測、およびエクスポートをカプセル化する高レベルのAPIです。 tf.compat.v1.tpu.experimental.embedding_columnを特別にサポートしています。
これをTensorFlow2に実装するには、TensorFlowRecommendersのtfrs.layers.embedding.TPUEmbeddingレイヤーを使用します。トレーニングと評価には、TPU配布戦略（ tf.distribute.TPUStrategy ）を使用します。これは、モデル構築（ tf.keras.Model ）、オプティマイザー（ tf.keras.optimizers.Optimizer ）、 Model.fitまたはtf.functionとtf.GradientTapeを使用したカスタムトレーニングループを使用したトレーニング。

追加情報については、 tfrs.layers.embedding.TPUEmbeddingレイヤーのAPIドキュメント、および追加情報についてはtf.tpu.experimental.embedding.TableConfigおよびtf.tpu.experimental.embedding.FeatureConfigドキュメントを参照してください。 tf.distribute.TPUStrategyの概要については、分散トレーニングガイドとUseTPUsガイドをご覧ください。 TPUStrategyからTPUEstimatorに移行する場合は、TPU移行ガイドを確認してください。

設定

TensorFlowレコメンダーをインストールし、必要なパッケージをインポートすることから始めます。

pip install tensorflow-recommenders

import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf1

# TPUEmbedding layer is not part of TensorFlow.
import tensorflow_recommenders as tfrs

/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/requests/__init__.py:104: RequestsDependencyWarning: urllib3 (1.26.8) or chardet (2.3.0)/charset_normalizer (2.0.11) doesn't match a supported version!
  RequestsDependencyWarning)

そして、デモンストレーション用に簡単なデータセットを準備します。

features = [[1., 1.5]]
embedding_features_indices = [[0, 0], [0, 1]]
embedding_features_values = [0, 5]
labels = [[0.3]]
eval_features = [[4., 4.5]]
eval_embedding_features_indices = [[0, 0], [0, 1]]
eval_embedding_features_values = [4, 3]
eval_labels = [[0.8]]

TensorFlow 1：TPUEstimatorを使用してTPUへの埋め込みをトレーニングする

TensorFlow 1では、 tf.compat.v1.tpu.experimental.embedding_column APIを使用してTPU埋め込みを設定し、 tf.compat.v1.estimator.tpu.TPUEstimatorを使用してTPUでモデルをトレーニング/評価します。

入力は、ゼロからTPU埋め込みテーブルの語彙サイズまでの範囲の整数です。 tf.feature_column.categorical_column_with_identityを使用して、入力をカテゴリIDにエンコードすることから始めます。入力フィーチャは整数値であるため、 keyパラメータには"sparse_feature"を使用しますnum_bucketsは埋め込みテーブルの語彙サイズです（ 10 ）。

embedding_id_column = (
      tf1.feature_column.categorical_column_with_identity(
          key="sparse_feature", num_buckets=10))

次に、スパースカテゴリ入力をtpu.experimental.embedding_columnを使用して密な表現に変換します。ここで、 dimensionは埋め込みテーブルの幅です。 num_bucketsごとに埋め込みベクトルが格納されます。

embedding_column = tf1.tpu.experimental.embedding_column(
    embedding_id_column, dimension=5)

次に、 tf.estimator.tpu.experimental.EmbeddingConfigSpecを介してTPU固有の埋め込み構成を定義します。後でembedding_config_specパラメーターとしてtf.estimator.tpu.TPUEstimatorに渡します。

embedding_config_spec = tf1.estimator.tpu.experimental.EmbeddingConfigSpec(
    feature_columns=(embedding_column,),
    optimization_parameters=(
        tf1.tpu.experimental.AdagradParameters(0.05)))

次に、 TPUEstimatorを使用するには、次のように定義します。

トレーニングデータの入力関数
評価データの評価入力関数
トレーニング操作が機能とラベルでどのように定義されるかをTPUEstimatorに指示するためのモデル関数

def _input_fn(params):
  dataset = tf1.data.Dataset.from_tensor_slices((
      {"dense_feature": features,
       "sparse_feature": tf1.SparseTensor(
           embedding_features_indices,
           embedding_features_values, [1, 2])},
           labels))
  dataset = dataset.repeat()
  return dataset.batch(params['batch_size'], drop_remainder=True)

def _eval_input_fn(params):
  dataset = tf1.data.Dataset.from_tensor_slices((
      {"dense_feature": eval_features,
       "sparse_feature": tf1.SparseTensor(
           eval_embedding_features_indices,
           eval_embedding_features_values, [1, 2])},
           eval_labels))
  dataset = dataset.repeat()
  return dataset.batch(params['batch_size'], drop_remainder=True)

def _model_fn(features, labels, mode, params):
  embedding_features = tf1.keras.layers.DenseFeatures(embedding_column)(features)
  concatenated_features = tf1.keras.layers.Concatenate(axis=1)(
      [embedding_features, features["dense_feature"]])
  logits = tf1.layers.Dense(1)(concatenated_features)
  loss = tf1.losses.mean_squared_error(labels=labels, predictions=logits)
  optimizer = tf1.train.AdagradOptimizer(0.05)
  optimizer = tf1.tpu.CrossShardOptimizer(optimizer)
  train_op = optimizer.minimize(loss, global_step=tf1.train.get_global_step())
  return tf1.estimator.tpu.TPUEstimatorSpec(mode, loss=loss, train_op=train_op)

これらの関数を定義したら、クラスター情報を提供するtf.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolverとtf.compat.v1.estimator.tpu.RunConfigオブジェクトを作成します。

定義したモデル関数に加えて、 TPUEstimatorを作成できるようになりました。ここでは、チェックポイントの節約をスキップすることでフローを簡素化します。次に、 TPUEstimatorのトレーニングと評価の両方のバッチサイズを指定します。

cluster_resolver = tf1.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver(tpu='')
print("All devices: ", tf1.config.list_logical_devices('TPU'))

All devices:  []

tpu_config = tf1.estimator.tpu.TPUConfig(
    iterations_per_loop=10,
    per_host_input_for_training=tf1.estimator.tpu.InputPipelineConfig
          .PER_HOST_V2)
config = tf1.estimator.tpu.RunConfig(
    cluster=cluster_resolver,
    save_checkpoints_steps=None,
    tpu_config=tpu_config)
estimator = tf1.estimator.tpu.TPUEstimator(
    model_fn=_model_fn, config=config, train_batch_size=8, eval_batch_size=8,
    embedding_config_spec=embedding_config_spec)

WARNING:tensorflow:Estimator's model_fn (<function _model_fn at 0x7eff1dbf4ae8>) includes params argument, but params are not passed to Estimator.
WARNING:tensorflow:Using temporary folder as model directory: /tmp/tmpc68an8jx
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmpc68an8jx', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': None, '_session_config': allow_soft_placement: true
cluster_def {
  job {
    name: "worker"
    tasks {
      key: 0
      value: "10.240.1.2:8470"
    }
  }
}
isolate_session_state: true
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': None, '_train_distribute': None, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': None, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({'worker': ['10.240.1.2:8470']}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': 'grpc://10.240.1.2:8470', '_evaluation_master': 'grpc://10.240.1.2:8470', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1, '_tpu_config': TPUConfig(iterations_per_loop=10, num_shards=None, num_cores_per_replica=None, per_host_input_for_training=3, tpu_job_name=None, initial_infeed_sleep_secs=None, input_partition_dims=None, eval_training_input_configuration=2, experimental_host_call_every_n_steps=1, experimental_allow_per_host_v2_parallel_get_next=False, experimental_feed_hook=None), '_cluster': <tensorflow.python.distribute.cluster_resolver.tpu.tpu_cluster_resolver.TPUClusterResolver object at 0x7eff1dbfa2b0>}
INFO:tensorflow:_TPUContext: eval_on_tpu True

TPUEstimator.trainを呼び出して、モデルのトレーニングを開始します。

estimator.train(_input_fn, steps=1)

INFO:tensorflow:Querying Tensorflow master (grpc://10.240.1.2:8470) for TPU system metadata.
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, -1, -3018931587863375246)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 17179869184, 1249032734884062775)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 17179869184, -3881759543008185868)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 17179869184, -3421771184935649663)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 17179869184, 8872583169621331661)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 17179869184, -1222373804129613329)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 17179869184, 6258068298163390748)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 17179869184, 5190265587768274342)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 17179869184, 3073578684150069836)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 17179869184, 2071242092327503173)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 17179869184, -1319360343564144287)
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/training/training_util.py:236: Variable.initialized_value (from tensorflow.python.ops.variables) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Use Variable.read_value. Variables in 2.X are initialized automatically both in eager and graph (inside tf.defun) contexts.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/tpu/feature_column_v2.py:479: IdentityCategoricalColumn._num_buckets (from tensorflow.python.feature_column.feature_column_v2) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
The old _FeatureColumn APIs are being deprecated. Please use the new FeatureColumn APIs instead.
INFO:tensorflow:Querying Tensorflow master (grpc://10.240.1.2:8470) for TPU system metadata.
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, -1, -3018931587863375246)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 17179869184, 1249032734884062775)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 17179869184, -3881759543008185868)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 17179869184, -3421771184935649663)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 17179869184, 8872583169621331661)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 17179869184, -1222373804129613329)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 17179869184, 6258068298163390748)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 17179869184, 5190265587768274342)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 17179869184, 3073578684150069836)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 17179869184, 2071242092327503173)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 17179869184, -1319360343564144287)
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/training/adagrad.py:77: calling Constant.__init__ (from tensorflow.python.ops.init_ops) with dtype is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Call initializer instance with the dtype argument instead of passing it to the constructor
INFO:tensorflow:Bypassing TPUEstimator hook
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:TPU job name worker
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow_estimator/python/estimator/tpu/tpu_estimator.py:758: Variable.load (from tensorflow.python.ops.variables) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Prefer Variable.assign which has equivalent behavior in 2.X.
INFO:tensorflow:Initialized dataset iterators in 0 seconds
INFO:tensorflow:Installing graceful shutdown hook.
INFO:tensorflow:Creating heartbeat manager for ['/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0']
INFO:tensorflow:Configuring worker heartbeat: shutdown_mode: WAIT_FOR_COORDINATOR

INFO:tensorflow:Init TPU system
INFO:tensorflow:Initialized TPU in 9 seconds
INFO:tensorflow:Starting infeed thread controller.
INFO:tensorflow:Starting outfeed thread controller.
INFO:tensorflow:Enqueue next (1) batch(es) of data to infeed.
INFO:tensorflow:Dequeue next (1) batch(es) of data from outfeed.
INFO:tensorflow:Outfeed finished for iteration (0, 0)
INFO:tensorflow:loss = 0.5212165, step = 1
INFO:tensorflow:Stop infeed thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down InfeedController thread.
INFO:tensorflow:InfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Infeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:infeed marked as finished
INFO:tensorflow:Stop output thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down OutfeedController thread.
INFO:tensorflow:OutfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Outfeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:outfeed marked as finished
INFO:tensorflow:Shutdown TPU system.
INFO:tensorflow:Loss for final step: 0.5212165.
INFO:tensorflow:training_loop marked as finished
<tensorflow_estimator.python.estimator.tpu.tpu_estimator.TPUEstimator at 0x7eff1dbfa7b8>

次に、 TPUEstimator.evaluateを呼び出して、評価データを使用してモデルを評価します。

estimator.evaluate(_eval_input_fn, steps=1)

INFO:tensorflow:Could not find trained model in model_dir: /tmp/tmpc68an8jx, running initialization to evaluate.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Querying Tensorflow master (grpc://10.240.1.2:8470) for TPU system metadata.
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, -1, -3018931587863375246)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 17179869184, 1249032734884062775)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 17179869184, -3881759543008185868)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 17179869184, -3421771184935649663)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 17179869184, 8872583169621331661)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 17179869184, -1222373804129613329)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 17179869184, 6258068298163390748)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 17179869184, 5190265587768274342)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 17179869184, 3073578684150069836)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 17179869184, 2071242092327503173)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 17179869184, -1319360343564144287)
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow_estimator/python/estimator/tpu/tpu_estimator.py:3406: div (from tensorflow.python.ops.math_ops) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Deprecated in favor of operator or tf.math.divide.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Starting evaluation at 2022-02-05T13:21:42
INFO:tensorflow:TPU job name worker
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Init TPU system
INFO:tensorflow:Initialized TPU in 11 seconds
INFO:tensorflow:Starting infeed thread controller.
INFO:tensorflow:Starting outfeed thread controller.
INFO:tensorflow:Initialized dataset iterators in 0 seconds
INFO:tensorflow:Enqueue next (1) batch(es) of data to infeed.
INFO:tensorflow:Dequeue next (1) batch(es) of data from outfeed.
INFO:tensorflow:Outfeed finished for iteration (0, 0)
INFO:tensorflow:Evaluation [1/1]
INFO:tensorflow:Stop infeed thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down InfeedController thread.
INFO:tensorflow:InfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Infeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:infeed marked as finished
INFO:tensorflow:Stop output thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down OutfeedController thread.
INFO:tensorflow:OutfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Outfeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:outfeed marked as finished
INFO:tensorflow:Shutdown TPU system.
INFO:tensorflow:Inference Time : 12.50468s
INFO:tensorflow:Finished evaluation at 2022-02-05-13:21:54
INFO:tensorflow:Saving dict for global step 1: global_step = 1, loss = 36.28813
INFO:tensorflow:evaluation_loop marked as finished
{'loss': 36.28813, 'global_step': 1}

プレースホルダー16

TensorFlow 2：TPUStrategyを使用してTPUへの埋め込みをトレーニングする

TensorFlow 2で、TPUワーカーをトレーニングするには、tf.distribute.TPUStrategyをtf.distribute.TPUStrategy APIと一緒に使用して、モデルの定義とトレーニング/評価を行います。（Keras Model.fitおよびカスタムトレーニングループ（ tf.functionおよびtf.GradientTapeを使用）を使用したトレーニングのその他の例については、「TPUの使用」ガイドを参照してください。）

リモートクラスターに接続してTPUワーカーを初期化するには、初期化作業を実行する必要があるため、クラスター情報を提供してクラスターに接続するTPUClusterResolverを作成することから始めます。（詳細については、「TPUの使用」ガイドの「 TPU初期化」セクションを参照してください。）

cluster_resolver = tf.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver(tpu='')
tf.config.experimental_connect_to_cluster(cluster_resolver)
tf.tpu.experimental.initialize_tpu_system(cluster_resolver)
print("All devices: ", tf.config.list_logical_devices('TPU'))

INFO:tensorflow:Clearing out eager caches
INFO:tensorflow:Clearing out eager caches
INFO:tensorflow:Initializing the TPU system: grpc://10.240.1.2:8470
INFO:tensorflow:Initializing the TPU system: grpc://10.240.1.2:8470
INFO:tensorflow:Finished initializing TPU system.
INFO:tensorflow:Finished initializing TPU system.
All devices:  [LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7', device_type='TPU')]

プレースホルダー18

次に、データを準備します。これは、TensorFlow 1の例でデータセットを作成した方法と似ていますが、データセット関数にparamsではなくtf.distribute.InputContextオブジェクトが渡される点が異なります。このオブジェクトを使用して、ローカルバッチサイズ（およびこのパイプラインの対象となるホスト）を決定できるため、データを適切にパーティション分割できます。

tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding APIを使用する場合、 TPUEmbedding Dataset.batchしてデータセットをバッチ処理するときにdrop_remainder=Trueオプションを含めることが重要です。
さらに、同じセットのデバイスで行われる場合は、評価とトレーニングに同じバッチサイズを使用する必要があります。
最後に、 tf.distribute.InputOptions （戦略固有の構成を保持する）で特別な入力オプション（ experimental_fetch_to_device=False ）とともにtf.keras.utils.experimental.DatasetCreatorを使用する必要があります。これを以下に示します。

global_batch_size = 8

def _input_dataset(context: tf.distribute.InputContext):
  dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((
      {"dense_feature": features,
       "sparse_feature": tf.SparseTensor(
           embedding_features_indices,
           embedding_features_values, [1, 2])},
           labels))
  dataset = dataset.shuffle(10).repeat()
  dataset = dataset.batch(
      context.get_per_replica_batch_size(global_batch_size),
      drop_remainder=True)
  return dataset.prefetch(2)

def _eval_dataset(context: tf.distribute.InputContext):
  dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((
      {"dense_feature": eval_features,
       "sparse_feature": tf.SparseTensor(
           eval_embedding_features_indices,
           eval_embedding_features_values, [1, 2])},
           eval_labels))
  dataset = dataset.repeat()
  dataset = dataset.batch(
      context.get_per_replica_batch_size(global_batch_size),
      drop_remainder=True)
  return dataset.prefetch(2)

input_options = tf.distribute.InputOptions(
    experimental_fetch_to_device=False)

input_dataset = tf.keras.utils.experimental.DatasetCreator(
    _input_dataset, input_options=input_options)

eval_dataset = tf.keras.utils.experimental.DatasetCreator(
    _eval_dataset, input_options=input_options)

次に、データが準備されたら、 TPUStrategyを作成し、この戦略のスコープ（ Strategy.scope ）の下でモデル、メトリック、およびオプティマイザーを定義します。

steps_per_executionでModel.compileの数値を選択する必要があります。これは、各tf.function呼び出し中に実行するバッチの数を指定し、パフォーマンスにとって重要であるためです。この引数は、 TPUEstimatorで使用されるiterations_per_loopに似ています。

tf.tpu.experimental.embedding_column （およびtf.tpu.experimental.shared_embedding_column ）を介してTensorFlow 1で指定された機能とテーブル構成は、構成オブジェクトのペアを介してTensorFlow2で直接指定できます。

（詳細については、関連するAPIドキュメントを参照してください。）

strategy = tf.distribute.TPUStrategy(cluster_resolver)
with strategy.scope():
  optimizer = tf.keras.optimizers.Adagrad(learning_rate=0.05)
  dense_input = tf.keras.Input(shape=(2,), dtype=tf.float32, batch_size=global_batch_size)
  sparse_input = tf.keras.Input(shape=(), dtype=tf.int32, batch_size=global_batch_size)
  embedded_input = tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding(
      feature_config=tf.tpu.experimental.embedding.FeatureConfig(
          table=tf.tpu.experimental.embedding.TableConfig(
              vocabulary_size=10,
              dim=5,
              initializer=tf.initializers.TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=1)),
          name="sparse_input"),
      optimizer=optimizer)(sparse_input)
  input = tf.keras.layers.Concatenate(axis=1)([dense_input, embedded_input])
  result = tf.keras.layers.Dense(1)(input)
  model = tf.keras.Model(inputs={"dense_feature": dense_input, "sparse_feature": sparse_input}, outputs=result)
  model.compile(optimizer, "mse", steps_per_execution=10)

INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:localhost/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:localhost/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 0, 0)

これで、トレーニングデータセットを使用してモデルをトレーニングする準備が整いました。

model.fit(input_dataset, epochs=5, steps_per_epoch=10)

Epoch 1/5
10/10 [==============================] - 2s 164ms/step - loss: 0.4005
Epoch 2/5
10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 0.0036
Epoch 3/5
10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 3.0932e-05
Epoch 4/5
10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 2.5767e-07
Epoch 5/5
10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 2.1366e-09
<keras.callbacks.History at 0x7efd8c461c18>

最後に、評価データセットを使用してモデルを評価します。

model.evaluate(eval_dataset, steps=1, return_dict=True)

1/1 [==============================] - 1s 1s/step - loss: 15.3952
{'loss': 15.395216941833496}

次のステップ

APIドキュメントでTPU固有の埋め込みの設定の詳細をご覧ください。

tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding ：特に機能とテーブルの構成、オプティマイザーの設定、モデルの作成（Keras機能APIを使用するか、 tf.keras.Modelのサブクラス化を介して）、トレーニング/評価、およびtf.saved_modelで提供されるモデルについて
tf.tpu.experimental.embedding.TableConfig
tf.tpu.experimental.embedding.FeatureConfig

TensorFlow 2のTPUStrategyの詳細については、次のリソースを検討してください。

ガイド： TPUを使用する（Keras Model.fitを使用したトレーニング/ tf.distribute.TPUStrategyを使用したカスタムトレーニングループ、 tf.distribute.TPUStrategyをtf.functionしたパフォーマンス向上のヒント）
ガイド： TensorFlowを使用した分散トレーニング
ガイド： TPUEstimatorからTPUStrategyに移行します。

トレーニングのカスタマイズの詳細については、以下を参照してください。

ガイド： Model.fitで何が起こるかをカスタマイズする
ガイド：トレーニングループを最初から作成する

TPU（機械学習用のGoogle専用ASIC）は、 Google Colab 、 TPU Research Cloud 、およびCloudTPUから入手できます。