单机多 GPU 加速 TensorFlow 程序

​​模型并行意味着需要根据不同模型设计不同的并行方式，并将模型中不同计算节点放在不同硬件资源上运算。相比模型并行而言，数据并行比较通用，并且能简便地实现大规模并行。

数据并行的通用性表现在它几乎适用于所有深度学习模型。我们可以 利用多块 GPU 同时进行模型训练，运行在每块 GPU上的模型会获得属于自 己的一份 batch 数据，并且这些模型都是同一个神经网络，它们共享一份模型参数。

首先导入一些相关的库以及定义一些变量。由于我们的重点不是为了 训练网络，所以训练迭代的轮数可以相应取小一点。为了能可视化计算图，还要定义 TensorBoard 日志文件的存放路径。

定义一个函数实现网络前向传播的过程。由于这个过程在之前的章节 中己经重复了多次，所以这里对代码从简。在前向传播的过程中，还对权重参数加入了 L2 正则化。这个函数的代码如下：

接着，定义一个函数从 TFReocrd 文件中读取原始训练样本数据并通过随机打乱汇总为一个 batch 的形式， 最后返回的就是一个 batch 的训练样本数据及其对应的 label。函数用到的 TFReocrd 文件就是在之前生成过的文件。这个函数的代码如下：

也可以像往常一样通过 placeholder 的方式为网络提供输入数据，但是由于这里使用了多个 GPU，所以在使用这种方式时一般要通过多个placeholder 分别对应到每 一个 GPU 所使用的mini-batch 数据 。相比placeholder 的方式，这种从文件读取并打乱的方式显得更加简洁。然后，定义一个计算损失的函数，要计算的损失包括 L2 正则化损失和 交叉情损失。在计算正则化损失时使用 get_collection（）函数获取当前这个 GPU 上的 L2 loss （通过 scope 限定了范围），再使用 add_n（）函数将所有损 失叠加到一起得到总计的正则化损失，最后作为结果返回的是总计的正则 化损失与交叉；脑损失加和的值。这个函数的代码如下：

我们像之前一样定义一个默认的计算图，计算图内先是获得输入的数 据，然后选择使用的优化器为随机梯度下降优化器 GradientDescentOptimizer。在使用这个优化器时，学习率一般需要自行指定，这里指定学 习率为使用往ain.exponential_decay（）函数创建的指数衰减学习率。

计算图最后的一部分是会话。在会话中，先进行所有变量 的初始化 以及队列的启动，然后在一个 for 循环中进行网络模型的迭代。每隔 100 轮 选代要展示当前的训练进度和 loss 值，并通过 summary_op 执行所有的汇总 操作。在定义会话时，使用了参数 allow_soft_placement=True。对于一些特殊 情况，例如机器上包含的 GPU与定义的n GPU数量不同，此时会话仍能继 续运行，只是将相应的计算放到了其他设备（如 CPU）进行预算。如果没 有指定这个参数并且 n_GPU 定义得偏大，那么程序在运行过程中将会发生错误。

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