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Migrar de TPU embedding_columns a la capa TPUEmbedding

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Esta guía muestra cómo migrar la capacitación de incrustación en TPU desde la API embedding_column de TensorFlow 1 con TPUEstimator a la API de capa TPUEmbedding de TensorFlow 2 con TPUStrategy .

Las incrustaciones son matrices (grandes). Son tablas de búsqueda que mapean desde un espacio de características dispersas a vectores densos. Las incrustaciones proporcionan representaciones eficientes y densas, capturando similitudes y relaciones complejas entre entidades.

TensorFlow incluye soporte especializado para incrustaciones de entrenamiento en TPU. Este soporte de incrustación específico de TPU le permite entrenar incrustaciones que son más grandes que la memoria de un solo dispositivo de TPU y usar entradas escasas e irregulares en las TPU.

En TensorFlow 1, tf.compat.v1.estimator.tpu.TPUEstimator es una API de alto nivel que encapsula el entrenamiento, la evaluación, la predicción y la exportación para servir con TPU. Tiene soporte especial para tf.compat.v1.tpu.experimental.embedding_column .
Para implementar esto en TensorFlow 2, use la capa tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding de TensorFlow Recommenders. Para capacitación y evaluación, utilice una estrategia de distribución de TPU, tf.distribute.TPUStrategy , que sea compatible con las API de Keras para, por ejemplo, la creación de modelos ( tf.keras.Model ), optimizadores ( tf.keras.optimizers.Optimizer ), y entrenamiento con Model.fit o un bucle de entrenamiento personalizado con tf.function y tf.GradientTape .

Para obtener información adicional, consulte la documentación de la API de la capa tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding , así como los documentos tf.tpu.experimental.embedding.TableConfig y tf.tpu.experimental.embedding.FeatureConfig para obtener información adicional. Para obtener una descripción general de tf.distribute.TPUStrategy , consulte la guía de capacitación distribuida y la guía de uso de TPU . Si está migrando de TPUEstimator a TPUStrategy , consulte la guía de migración de TPU .

Configuración

Comience instalando TensorFlow Recommenders e importando algunos paquetes necesarios:

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)

Y prepare un conjunto de datos simple para fines de demostración:

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: incrustaciones de tren en TPU con TPUEstimator

En TensorFlow 1, configura incrustaciones de TPU con la API tf.compat.v1.tpu.experimental.embedding_column y entrena o evalúa el modelo en TPU con tf.compat.v1.estimator.tpu.TPUEstimator .

Las entradas son números enteros que van desde cero hasta el tamaño del vocabulario para la tabla de incrustación de TPU. Comience con la codificación de las entradas a la ID categórica con tf.feature_column.categorical_column_with_identity . Utilice "sparse_feature" para el parámetro key , ya que las características de entrada tienen valores enteros, mientras que num_buckets es el tamaño del vocabulario para la tabla de incrustación ( 10 ).

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

A continuación, convierta las entradas categóricas escasas en una representación densa con tpu.experimental.embedding_column , donde dimension es el ancho de la tabla de incrustación. Almacenará un vector de incrustación para cada uno de los num_buckets .

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

Ahora, defina la configuración de incrustación específica de TPU a través tf.estimator.tpu.experimental.EmbeddingConfigSpec . Lo pasará más tarde a tf.estimator.tpu.TPUEstimator como un parámetro embedding_config_spec .

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

A continuación, para usar un TPUEstimator , defina:

Una función de entrada para los datos de entrenamiento.
Una función de entrada de evaluación para los datos de evaluación.
Una función modelo para indicar al TPUEstimator cómo se define la operación de entrenamiento con las funciones y las etiquetas.

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)

Con esas funciones definidas, cree un tf.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver que proporcione la información del clúster y un objeto tf.compat.v1.estimator.tpu.RunConfig .

Junto con la función de modelo que ha definido, ahora puede crear un TPUEstimator . Aquí, simplificará el flujo al omitir los ahorros en el punto de control. Luego, especificará el tamaño del lote para el entrenamiento y la evaluación de TPUEstimator .

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

Llame a TPUEstimator.train para comenzar a entrenar el modelo:

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>

Luego, llame a TPUEstimator.evaluate para evaluar el modelo utilizando los datos de evaluación:

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}

TensorFlow 2: entrena incrustaciones en TPU con TPUStrategy

En TensorFlow 2, para capacitar a los trabajadores de TPU, use tf.distribute.TPUStrategy junto con las API de Keras para la definición y capacitación/evaluación del modelo. (Consulte la guía Use TPU para obtener más ejemplos de entrenamiento con Keras Model.fit y un bucle de entrenamiento personalizado (con tf.function y tf.GradientTape ).)

Dado que debe realizar un trabajo de inicialización para conectarse al clúster remoto e inicializar los trabajadores de TPU, comience creando un TPUClusterResolver para proporcionar la información del clúster y conectarse al clúster. (Obtenga más información en la sección de inicialización de TPU de la guía Usar TPU ).

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')]

A continuación, prepare sus datos. Esto es similar a cómo creó un conjunto de datos en el ejemplo de TensorFlow 1, excepto que la función del conjunto de datos ahora se pasa a un objeto tf.distribute.InputContext en lugar de un dictado de params . Puede usar este objeto para determinar el tamaño del lote local (y para qué host es esta canalización, de modo que pueda particionar sus datos correctamente).

Cuando se utiliza la API tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding , es importante incluir la opción drop_remainder=True al procesar por lotes el conjunto de datos con Dataset.batch , ya que TPUEmbedding requiere un tamaño de lote fijo.
Además, se debe usar el mismo tamaño de lote para la evaluación y el entrenamiento si se llevan a cabo en el mismo conjunto de dispositivos.
Finalmente, debe usar tf.keras.utils.experimental.DatasetCreator junto con la opción de entrada especial experimental_fetch_to_device=False —en tf.distribute.InputOptions (que contiene configuraciones específicas de la estrategia). Esto se demuestra a continuación:

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)

Luego, una vez que los datos estén preparados, creará una TPUStrategy y definirá un modelo, métricas y un optimizador bajo el alcance de esta estrategia ( Strategy.scope ).

Debe elegir un número para steps_per_execution en Model.compile , ya que especifica la cantidad de lotes que se ejecutarán durante cada llamada de tf.function y es fundamental para el rendimiento. Este argumento es similar a iterations_per_loop usado en TPUEstimator .

Las características y la configuración de la tabla que se especificaron en TensorFlow 1 a través de tf.tpu.experimental.embedding_column (y tf.tpu.experimental.shared_embedding_column ) se pueden especificar directamente en TensorFlow 2 a través de un par de objetos de configuración:

(Consulte la documentación de la API asociada para obtener más detalles).

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)

Con eso, está listo para entrenar el modelo con el conjunto de datos de entrenamiento:

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>

Finalmente, evalúe el modelo utilizando el conjunto de datos de evaluación:

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

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

Próximos pasos

Obtén más información sobre cómo configurar incrustaciones específicas de TPU en los documentos de la API:

tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding : particularmente sobre la configuración de características y tablas, la configuración del optimizador, la creación de un modelo (usando la API funcional de Keras o a través de subclases tf.keras.Model ), capacitación/evaluación y servicio de modelos con tf.saved_model
tf.tpu.experimental.embedding.TableConfig
tf.tpu.experimental.embedding.FeatureConfig

Para obtener más información sobre TPUStrategy en TensorFlow 2, considere los siguientes recursos:

Guía: Usar TPU (que cubre el entrenamiento con Keras Model.fit ciclo de entrenamiento personalizado con tf.distribute.TPUStrategy , así como consejos para mejorar el rendimiento con tf.function )
Guía: Entrenamiento distribuido con TensorFlow
Guía: Migrar de TPUEstimator a TPUStrategy .

Para obtener más información sobre cómo personalizar su entrenamiento, consulte:

Guía: Personaliza lo que sucede en Model.fit
Guía: escribir un ciclo de entrenamiento desde cero

Los TPU, los ASIC especializados de Google para el aprendizaje automático, están disponibles a través de Google Colab , TPU Research Cloud y Cloud TPU .