26. GPU以及 没有gpu的情况下使用colab

在PyTorch中，CPU和GPU可以用torch.device(‘cpu’) 和torch.device(‘cuda’)表示。 应该注意的是，cpu设备意味着所有物理CPU和内存， 这意味着PyTorch的计算将尝试使用所有CPU核心。 然而，gpu设备只代表一个卡和相应的显存。 如果有多个GPU，我们使用torch.device(f’cuda:{i}') 来表示第块GPU（从0开始）。 另外，cuda:0和cuda是等价的。

1.计算设备

import torch
from torch import nn

torch.device('cpu'), torch.device('cuda'), torch.device('cuda:1')

我们可以查询可用gpu的数量。

torch.cuda.device_count()

从运行结果可以看出，没有gpu

def try_gpu(i=0):  #@save
    """如果存在，则返回gpu(i)，否则返回cpu()"""
    if torch.cuda.device_count() >= i + 1:
        return torch.device(f'cuda:{i}')
    return torch.device('cpu')

def try_all_gpus():  #@save
    """返回所有可用的GPU，如果没有GPU，则返回[cpu(),]"""
    devices = [torch.device(f'cuda:{i}')
             for i in range(torch.cuda.device_count())]
    return devices if devices else [torch.device('cpu')]

try_gpu(), try_gpu(10), try_all_gpus()

因为没有gpu，所以都返回cpu。

2. 张量与GPU

我们可以查询张量所在的设备。 默认情况下，张量是在CPU上创建的。

x = torch.tensor([1, 2, 3])
x.device # 张量x所在的设备是cpu

1. 存储在GPU上

有几种方法可以在GPU上存储张量。 例如，我们可以在创建张量时指定存储设备。

接 下来，我们在第一个gpu上创建张量变量X。 在GPU上创建的张量只消耗这个GPU的显存。 我们可以使用nvidia-smi命令查看显存使用情况。 一般来说，我们需要确保不创建超过GPU显存限制的数据。

X = torch.ones(2, 3, device=try_gpu())
X

因为没有gpu，于是到colab上去运行这段代码：

假设我们至少有两个GPU，下面的代码将在第二个GPU上创建一个随机张量。（因为在colab上也只会分配一个GPU，所以接下来需要两个gpu的部分代码代码以及运行结果是复制讲义的）

2. 复制

如果我们要计算X + Y，我们需要决定在哪里执行这个操作。 例如，如 图所示， 我们可以将X传输到第二个GPU并在那里执行操作。 不要简单地X加上Y，因为这会导致异常， 运行时引擎不知道该怎么做：它在同一设备上找不到数据会导致失败。 由于Y位于第二个GPU上，所以我们需要将X移到那里， 然后才能执行相加运算。

现在数据在同一个GPU上（Z和Y都在），我们可以将它们相加。

假设变量Z已经存在于第二个GPU上。 如果我们还是调用Z.cuda(1)会发生什么？ 它将返回Z，而不会复制并分配新内存。

3. 旁注

人们使用GPU来进行机器学习，因为单个GPU相对运行速度快。 但是在设备（CPU、GPU和其他机器）之间传输数据比计算慢得多。 这也使得并行化变得更加困难，因为我们必须等待数据被发送（或者接收）， 然后才能继续进行更多的操作。

这就是为什么拷贝操作要格外小心。 根据经验，多个小操作比一个大操作糟糕得多。 此外，一次执行几个操作比代码中散布的许多单个操作要好得多。 如果一个设备必须等待另一个设备才能执行其他操作， 那么这样的操作可能会阻塞。 这有点像排队订购咖啡，而不像通过电话预先订购： 当客人到店的时候，咖啡已经准备好了。

最后，当我们打印张量或将张量转换为NumPy格式时， 如果数据不在内存中，框架会首先将其复制到内存中， 这会导致额外的传输开销。 更糟糕的是，它现在受制于全局解释器锁，使得一切都得等待Python完成。

3. 神经网络与GPU

类似地，神经网络模型可以指定设备。 下面的代码将模型参数放在GPU上。

net = nn.Sequential(nn.Linear(3, 1))
net = net.to(device=try_gpu())

当输入为GPU上的张量时，模型将在同一GPU上计算结果。

让我们确认模型参数存储在同一个GPU上。