TensorFlow GPU最完整的安装方法

自己这几天更换电脑，再加上前次旧电脑学习，安装了好几次TensorFlow，每次都遇到了一些问题，经常缺一些文件，在网上下载文件还很慢，走了不少弯路，特将完整的安装方法记录如下，以便后续使用，也供同行参考。

TensorFlow的学习需要有专门的Nvida的GPU显卡的电脑，GPU的显存最好在4G以上，我以前那台电脑只有1G显示只能学习一些非常初级模型，稍微复杂的模型就无法运行。对于没有GPU独显的同学，可以使用百度的AI Studio，上面提供免费的GPU服务器，每天可以免费使用8小时，并且直接安装好百度的PaddlePaddle，系统已经配置好，也可以快速学习人工智能。

一、了解显卡性能及支持的CUDA版本

可以在终端界面，通过nvidia-smi命令查看你的也显卡信息，查看你的电脑是上否有支持CUDA的显卡及相应的型号、显存。

也可以在控制面板中找NVIDIA Control Panel程序，升级Windows 11后发现控制面板中没有NVIDIA的控制面板了，可以在开启程序中通过查找找到。

在NVIDIA控制面板中，通过帮助查单–>系统信息–>组件，找到如下图所示NVCUDA64.dll程序所对应的版本，就是你计算机上CUDA能支持的版本，后续在下载CUDA时一定要与此相匹配，避免兼容性和莫名其妙的问题出现。我的笔记本是新的，显卡是Geforce Rtx 3060，安装的CUDA驱动程序是11.2版本，后续要查找与之对应的CUDA、CUDNN、Tensorflow-GPU版本进行安装，否则会出现不匹配的情况。

二、确定TensorFlow与Python版本

在TensorFlow官网的安装指南给出了TensorFlow、Python、CUDA对应的版本，我在前期学习中，由于安装版本问题，走了不少弯路。具体请参阅。
根据前面查询到的CUDA版本11.2，我决定尽可能安装高一些版本的工具，以减少后续组件升级的工作量，因此我确定安装cudnn 8.1，python 3.9，tensorflow 2.6作这台新电脑的研究环境。对于python和tensorflow可以不同项目使用不同的版本，自己后续可以根据项目需要进行调整，但需要尽可能在上图官方已经测试的版本中选择，否则可能出一些兼容性问题。

三、安装CUDA及cuDNN

1、CUDA及cuDNN下载

CUDA(ComputeUnified Device Architecture)，是显卡厂商NVIDIA推出的运算平台。 CUDA是一种由NVIDIA推出的通用并行计算架构，该架构使GPU能够解决复杂的计算问题。

cuDNN是用于深度神经网络的GPU加速库。它强调性能、易用性和低内存开销。NVIDIA cuDNN可以集成到更高级别的机器学习框架中，如谷歌的Tensorflow、加州大学伯克利分校的流行caffe软件。简单的插入式设计可以让开发人员专注于设计和实现神经网络模型，而不是简单调整性能，同时还可以在GPU上实现高性能现代并行计算。

CUDA看作是一个工作台，cuDNN是基于CUDA的深度学习GPU加速库，有了它才能在GPU上完成深度学习的计算。

CUDA下载链接为：https://developer.nvidia.com/cuda-toolkit-archive，找到第一章信息对应的板版本。如下图所示，没有对应的Windows11版本，可以用Windows 10对应的版本可以安装和使用。文件比较大，请使用迅雷等下载工具下载，否则容易下载失败。另下载注意使用Local全部下载，后续查找缺少的Dll文件需要。
cuDNN的下载需要注册一下Nvidia开发帐号才能下载，下载地址为：https://developer.nvidia.com/cudnn。根据网站提示，先用邮箱注册一个开发者帐号，登录后出来下载下载页面，根据第二章确定的cuDNN版本，从归档历史库下载你计算机匹配的cuDNN版本。
2、CUDA安装

安装cuda时，第一次会让设置临时解压目录，第二次会让设置安装目录；临时解压路径，建议默认即可，也可以自定义。安装结束后，临时解压文件夹会自动删除。

安装目录，可以使用默认路径，也可以使用指定路径，关注一下安装路径，后续需要手工将几个程序所在路径加到系统环境变量的path参数中，以便于python程序调用。
CUDA安装过程比较简单，安装完后，将下面几个目录加到系统环境变量的path参数中，以使用python程序调用对应的程序和dll库。

CUDA文件比较大，如果你的计算机硬盘空间足够，建议用自定义选项，全部安装，避免少文件。我的计算机是SSD硬盘，空间不大，采用的是基本安装，在使用时发现少很多文件，刚开始是到网上DLL库上找并下载使用，发现存在文件不全且版本不对应情况，通过修改文件名勉强可以使用，但可能存在兼容性问题。
后面用winrar打开CUDA安装exe文件，可以通过查找功能找到缺少的文件，解压后放在cuda安装目录的bin文件目录下即可。红线文件是CUDA缺少的文件，绿线文件是下一步cuDNN解压拷贝的文件。
3、cuDNN安装

cuDNN是一些动态库文件，用解压缩软件打开，直接解压到前面一条CUDA的安装路径即可，解压后注意确认好文件的路径。此外，注意文件版本，与第2章找到的对应表对应。

四、Python安装

1、Python文件下载

Python下载网站：https://www.python.org/downloads/。Python下载文件不是很好找，容易跳乱，各版的下载导航连接在页面下部，参见下图。
同样，下载文件也是在页面下部，根据自己需要的版本、操作系统找到对应的安装文件，Python安装文件不大，下载很快。
2、Python安装

Python安装时，注意先将下面的增加Python 3.9到path勾选上，避免后续手工添加，另外建议用自定义安装，将python安装到一个简单、短一点的目录，后续经常要用到。
将python安装到C:\python目录， 同时将install for all users选项选中。
python安装成功后，可以在CMD终端下，用python命令进入，检查版本以及是否可用。

五、TensorFlow安装

先在Pycharm中建立一个项目，如果你使用的是其它开发工具，在你对应工具中创建项目。我这儿直接使用的是Virtualenv虚拟环境，使用要简单一些，前面使用过Anaconda，没有感觉到太大优势，问题还不少，这次就直接使用Pycharm的虚拟环境，感觉要简单一些。
注意选择Python解释器，如果你计算机上有多个python要选择与项目兼容的版本。

TensorFlow可以在具体项目中用pip安装，也可以用pycharm的工具安装，注意选择你电脑显卡能支持与兼容的版本，根据第二章，我选择的是2.6版本。
注意安装的是tensorflow-gpu,选择指定的版本，此处选择的是2.6.0，我试过用最新的2.7.0不兼容，无法使用。当前你也可以根据项目前期使用的版本选择对应的TensorFlow版本。此外还要注意对应的python、cuda版本，都要匹配才能正常使用。
TensorFlow安装的包比较多，速度比较慢，建议提前将pip.ini、pycharm的更新仓库都改为国内镜像：（https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/）。

六、TensorFlow及GPU验证

在项目中创建一个测试文件test.py，以下几行代码即可。

import tensorflow as tf
if tf.test.gpu_device_name():
    print('Default GPU Device: {}'.format(tf.test.gpu_device_name()))
else:
    print("Please install GPU version of TF")

运行test.py如下所述，系统提示运行成功，并显示出GPU的型号，计算能力，我的显卡计算能力为8.6，感觉性能应该还不错，后面根据程序实际的计算性能再发分享报告。

C:\Users\86139\PycharmProjects\test3\venv\Scripts\python.exe C:/Users/86139/PycharmProjects/test3/test.py
2021-11-13 19:50:40.703464: I tensorflow/core/platform/cpu_feature_guard.cc:142] This TensorFlow binary is optimized with oneAPI Deep Neural Network Library (oneDNN) to use the following CPU instructions in performance-critical operations:  AVX AVX2
To enable them in other operations, rebuild TensorFlow with the appropriate compiler flags.
Default GPU Device: /device:GPU:0
2021-11-13 19:50:42.588444: I tensorflow/core/common_runtime/gpu/gpu_device.cc:1510] Created device /device:GPU:0 with 3495 MB memory:  -> device: 0, name: GeForce RTX 3060 Laptop GPU, pci bus id: 0000:01:00.0, compute capability: 8.6
2021-11-13 19:50:42.589427: I tensorflow/core/common_runtime/gpu/gpu_device.cc:1510] Created device /device:GPU:0 with 3495 MB memory:  -> device: 0, name: GeForce RTX 3060 Laptop GPU, pci bus id: 0000:01:00.0, compute capability: 8.6
Process finished with exit code 0

通过上述工具安装，你可以在自己的计算机上进行人工智能的基础学习与研究了。