YOLOv5を使用したマルチGPUトレーニング

このガイドでは、単一または複数のマシン上でYOLOv5 🚀を使用してデータセットをトレーニングするために、複数の GPUを適切に使用する方法について説明します。

始める前に

requirements.txtをクローンして、Python>=3.8.0環境（PyTorch>=1.8を含む）にインストールします。モデルとデータセットは、最新のYOLOv5 リリースから自動的にダウンロードされます。

git clone https://github.com/ultralytics/yolov5 # clone
cd yolov5
pip install -r requirements.txt # install

プロのヒント！

Dockerイメージ は、すべてのマルチGPUトレーニングに推奨されます。以下を参照してください。 Dockerクイックスタートガイド

プロのヒント！

torch.distributed.run 置き換える torch.distributed.launch で PyTorch>=1.9。以下を参照してください: PyTorch の分散ドキュメント詳細について。

学習

トレーニングを開始するために、事前トレーニング済みのモデルを選択します。ここでは、利用可能な最小かつ最速のモデルであるYOLOv5sを選択します。すべてのモデルの完全な比較については、READMEの表をご覧ください。このモデルをCOCOデータセットでMulti-GPUを使用してトレーニングします。

YOLOv5 モデル

シングルGPU

python train.py --batch 64 --data coco.yaml --weights yolov5s.pt --device 0

Multi-GPU DataParallel モード（⚠️ 推奨されません）

増加させることができます。 device DataParallelモードで複数のGPUを使用するには、次のようにします。

python train.py --batch 64 --data coco.yaml --weights yolov5s.pt --device 0,1

この方法は低速であり、GPU を 1 つだけ使用する場合と比較して、トレーニングの高速化はほとんど期待できません。

Multi-GPU DistributedDataParallel モード（✅ 推奨）

以下を渡す必要があります。 python -m torch.distributed.run --nproc_per_node）の後に、通常の引数を続けます。

python -m torch.distributed.run --nproc_per_node 2 train.py --batch 64 --data coco.yaml --weights yolov5s.pt --device 0,1

--nproc_per_node 使用する GPU の数を指定します。上記の例では、2 です。
--batch は、合計バッチサイズです。これは各 GPU に均等に分割されます。上記の例では、64/2=32 が GPU ごとに割り当てられます。

上記のコードはGPUを使用します 0... (N-1).

特定のGPUを使用する（クリックで展開）

`--device`の後に特定のGPUを指定することで、これを行うことができます。たとえば、以下のコードでは、GPU `2,3`を使用します。

python -m torch.distributed.run --nproc_per_node 2 train.py --batch 64 --data coco.yaml --cfg yolov5s.yaml --weights '' --device 2,3

SyncBatchNormを使用する（クリックで展開）

[SyncBatchNorm](https://docs.pytorch.org/docs/master/generated/torch.nn.SyncBatchNorm.html) could increase [accuracy](https://www.ultralytics.com/glossary/accuracy) for multiple GPU training, however, it will slow down training by a significant factor. It is **only** available for Multiple GPU DistributedDataParallel training. It is best used when the batch-size on **each** GPU is small (<= 8). To use SyncBatchNorm, simply pass `--sync-bn` to the command like below:

python -m torch.distributed.run --nproc_per_node 2 train.py --batch 64 --data coco.yaml --cfg yolov5s.yaml --weights '' --sync-bn

複数マシンを使用 (クリックして展開)

これは、複数のGPUを使用した分散データ並列トレーニングでのみ利用可能です。続行する前に、すべてのマシン上のファイル（データセット、コードベースなど）が同じであることを確認してください。その後、マシンが互いに通信できることを確認してください。マスターマシン（他のマシンが通信するマシン）を選択する必要があります。そのアドレス（`master_addr`）をメモし、ポート（`master_port`）を選択します。以下の例では、`master_addr = 192.168.1.1`および`master_port = 1234`を使用します。これを使用するには、次のようにします。

# On master machine 0
python -m torch.distributed.run --nproc_per_node G --nnodes N --node_rank 0 --master_addr "192.168.1.1" --master_port 1234 train.py --batch 64 --data coco.yaml --cfg yolov5s.yaml --weights ''

# On machine R
python -m torch.distributed.run --nproc_per_node G --nnodes N --node_rank R --master_addr "192.168.1.1" --master_port 1234 train.py --batch 64 --data coco.yaml --cfg yolov5s.yaml --weights ''

`G`はマシンあたりのGPU数、`N`はマシンの数、`R`は`0...(N-1)`からのマシン番号です。たとえば、それぞれ2つのGPUを搭載した2台のマシンがある場合、上記の場合、`G = 2`、`N = 2`、`R = 1`になります。トレーニングは、**すべて**の`N`マシンが接続されるまで開始されません。出力はマスターマシンにのみ表示されます。

注記

Windowsのサポートは未テストです。Linuxを推奨します。
--batch GPUの数の倍数でなければなりません。
GPU 0 は、EMA を保持し、チェックポイントなどを担当するため、他の GPU よりも若干多くのメモリを使用します。
もし RuntimeError: Address already in useは、一度に複数のトレーニングを実行していることが原因である可能性があります。これを修正するには、単に異なるポート番号を使用するために、以下を追加します。 --master_port 以下のように：
```
python -m torch.distributed.run --master_port 1234 --nproc_per_node 2 ...
```

結果

YOLOv5lの1 COCO epochに対して、8x A100 SXM4-40GBを搭載したAWS EC2 P4dインスタンスでのDDPプロファイリング結果。

プロファイリングコード

# prepare
t=ultralytics/yolov5:latest && sudo docker pull $t && sudo docker run -it --ipc=host --gpus all -v "$(pwd)"/coco:/usr/src/coco $t
pip3 install torch==1.9.0+cu111 torchvision==0.10.0+cu111 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html
cd .. && rm -rf app && git clone https://github.com/ultralytics/yolov5 -b master app && cd app
cp data/coco.yaml data/coco_profile.yaml

# profile
python train.py --batch-size 16 --data coco_profile.yaml --weights yolov5l.pt --epochs 1 --device 0
python -m torch.distributed.run --nproc_per_node 2 train.py --batch-size 32 --data coco_profile.yaml --weights yolov5l.pt --epochs 1 --device 0,1
python -m torch.distributed.run --nproc_per_node 4 train.py --batch-size 64 --data coco_profile.yaml --weights yolov5l.pt --epochs 1 --device 0,1,2,3
python -m torch.distributed.run --nproc_per_node 8 train.py --batch-size 128 --data coco_profile.yaml --weights yolov5l.pt --epochs 1 --device 0,1,2,3,4,5,6,7

GPU A100	batch-size	CUDA_mem ^{device0 (G)}	COCO ^train	COCO ^val
1x	16	26GB	20:39	0:55
2x	32	26GB	11:43	0:57
4x	64	26GB	5:57	0:55
8x	128	26GB	3:09	0:57

結果に示すように、複数のGPUでDistributedDataParallelを使用すると、トレーニング速度がほぼ線形に向上します。8つのGPUを使用すると、デバイスあたりのメモリ使用量を同じに保ちながら、トレーニングは単一のGPUを使用するよりも約6.5倍速く完了します。

よくある質問

エラーが発生した場合は、まず以下のチェックリストをお読みください！（時間の節約になります）

チェックリスト（クリックして展開）

- この投稿をきちんと読みましたか？ - コードベースを再度クローンしましたか？コードは**毎日**変更されます。 - エラーを検索しましたか？誰かがすでにこのリポジトリまたは別のリポジトリでエラーに遭遇し、解決策を持っている可能性があります。 - 上記にリストされているすべての要件（正しいpythonおよびPyTorchバージョンを含む）をインストールしましたか？ - 下記の「環境」セクションにリストされている他の環境で試しましたか？ - coco128やcoco2017のような別のデータセットで試しましたか？根本原因を見つけやすくなります。上記をすべて試した場合は、テンプレートに従ってできるだけ詳細に記述して、遠慮なくIssueを提起してください。

サポートされている環境

Ultralyticsは、CUDA、CUDNN、Python、PyTorchなどの必須依存関係がプリインストールされた、すぐに使用できるさまざまな環境を提供し、プロジェクトをすぐに開始できます。

プロジェクトのステータス

このバッジは、すべてのYOLOv5 GitHub Actions継続的インテグレーション（CI）テストが正常に合格していることを示します。これらのCIテストでは、トレーニング、検証、推論、エクスポート、ベンチマークなど、さまざまな重要な側面についてYOLOv5の機能と性能を厳密にチェックします。これらのテストは、macOS、Windows、Ubuntuでの一貫した信頼性の高い動作を保証し、24時間ごと、および新しいコミットごとに行われます。