GPU 型实例安装 TCCL 说明

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最后更新时间： 2024-08-20 17:06:54
TCCL简介
TCCL（Tencent Collective Communication Library）是一款针对腾讯云星脉网络架构的高性能定制加速通信库。主要功能是依托星脉网络硬件架构，为 AI 大模型训练提供更高效的网络通信性能，同时具备网络故障快速感知与自愈的智能运维能力。TCCL 基于开源的 NCCL 代码做了扩展优化，完全兼容 NCCL 的功能与使用方法。TCCL 目前支持主要特性包括：
双网口动态聚合优化，发挥 bonding 设备的性能极限。
全局 Hash 路由（Global Hash Routing），负载均衡，避免拥塞。
拓扑亲和性流量调度，最小化流量绕行。
操作场景
本文介绍如何在腾讯云环境中配置 TCCL 加速通信库，实现您在腾讯云RDMA环境中多机多卡通信的性能提升。在大模型训练场景，对比开源的 NCCL 方案，TCCL 预计约可以提升 50% 带宽利用率。
操作步骤
准备环境
1. 创建 GPU 型 HCCPNV4sne 或 GPU 型 HCCPNV4sn 高性能计算集群实例，分别支持 1.6Tbps 和 800Gbps RDMA 网络。
2. 为 GPU 型实例安装 GPU 驱动和 nvidia-fabricmanager 服务。
注意：
TCCL 运行软件环境要求 glibc 版本 2.17 以上，CUDA 版本 10.0 以上。
选择安装方式
TCCL目前支持三种使用方式安装，您可以根据需要选择适合业务场景的安装方式使用。
TCCL通信库 + 编译安装pytorch
TCCL通信库 + pytorch通信插件
NCCL插件 + 排序的IP列表
说明：
由于当前大模型训练基本都基于 Pytorch 框架，所以主要以 Pytorch 为例进行说明，
TCCL的三种接入方案对比如下表：
安装方式
方法一：编译安装 Pytorch
方法二：安装 Pytorch 通信插件
（推荐）方法三：安装 NCCL 通信插件
使用步骤
安装 TCCL
重新编译安装 Pytorch
安装 Pytorch 通信插件
修改分布式通信后端
安装 NCCL 插件
修改启动脚本
优点
对业务代码无入侵
安装方便
安装方便
缺点
需要重新编译安装 Pytorch
对软件环境有要求
需要修改业务代码
对软件环境有要求
集群节点扩充之后，需要更新排序列表
软件环境依赖
对应 NCCL 版本 2.12 
要求 glibc 版本 2.17 以上
要求 CUDA 版本 10.0 以上
当前安装包仅支持 Pytorch 1.12
要求 glibc 版本 2.17 以上
要求 CUDA 版本 10.0 以上
安装 NCCL 即可
如果您的机器资源和模型训练场景相对比较固定，推荐使用方法3，兼容不同的NCCL版本和CUDA版本，安装使用方便，不需要修改业务代码或者重新编译pytorch。
如果您的资源需要提供给不同的业务团队，或者经常有扩容的需求，推荐使用前两种方法，不需要算法人员或者调度框架刻意去感知机器的网络拓扑信息。
如果您不希望对业务代码做适配，那么可以使用方法1，只需要重新编译pytorch框架。
配置 TCCL 环境并验证
方法一： 编译安装 Pytorch
方法二：安装 Pytorch 通信插件
（推荐）方法三：安装 NCCL 插件
由于社区pytorch默认采用静态方式连接NCCL通信库，所以无法通过替换共享库的方式使用TCCL。
1. 安装TCCL
以 Ubuntu 20.04 为例，您可以使用以下命令安装，安装之后TCCL位于 /opt/tencent/tccl 目录。
# 卸载已有tccl版本和nccl插件
dpkg -r tccl && dpkg -r nccl-rdma-sharp-plugins
﻿
# 下载安装tccl v1.5版本
wget https://taco-1251783334.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/tccl/TCCL_1.5-ubuntu.20.04.5_amd64.deb && dpkg -i TCCL_1.5-ubuntu.20.04.5_amd64.deb && rm -f TCCL_1.5-ubuntu.20.04.5_amd64.deb
如果您使用 CentOS 或 TencentOS，参考以下步骤安装：
# 卸载已有tccl版本和nccl插件
rpm -e tccl && rpm -e nccl-rdma-sharp-plugins-1.0-1.x86_64
﻿
# 下载tccl v1.5版本
wget https://taco-1251783334.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/tccl/tccl-1.5-1.tl2.x86_64.rpm && rpm -ivh --nodeps --force tccl-1.5-1.tl2.x86_64.rpm && rm -f tccl-1.5-1.tl2.x86_64.rpm
2. 重新编译安装 Pytorch
以下为 Pytorch 源码安装示例，详情参考官网 Pytorch 安装说明。
#!/bin/bash
﻿
# 卸载当前版本
pip uninstall -y torch
﻿
# 下载pytorch源码
git clone --recursive https://github.com/pytorch/pytorch
cd pytorch
﻿
# <!重要> 配置TCCL的安装路径
export USE_SYSTEM_NCCL=1
export NCCL_INCLUDE_DIR="/opt/tencent/tccl/include"
export NCCL_LIB_DIR="/opt/tencent/tccl/lib"
﻿
# 参考官网添加其他编译选项
﻿
# 安装开发环境
python setup.py develop
3. 配置TCCL环境变量
export NCCL_DEBUG=INFO
export NCCL_SOCKET_IFNAME=eth0
export NCCL_IB_GID_INDEX=3
export NCCL_IB_DISABLE=0
export NCCL_IB_HCA=mlx5_bond_0,mlx5_bond_1,mlx5_bond_2,mlx5_bond_3,mlx5_bond_4,mlx5_bond_5,mlx5_bond_6,mlx5_bond_7
export NCCL_NET_GDR_LEVEL=2
export NCCL_IB_QPS_PER_CONNECTION=4
export NCCL_IB_TC=160
export NCCL_IB_TIMEOUT=22
export NCCL_PXN_DISABLE=0
export TCCL_TOPO_AFFINITY=4
注意：
需要通过TCCL_TOPO_AFFINITY=4开启网络拓扑感知特性。
4. 验证 Pytorch
运行单机多卡或者多机多卡训练过程中有如下打印（export NCCL_DEBUG=INFO）：
﻿
﻿
﻿
5. 验证nccl-tests
运行 nccl-tests 之前需要 export 对应的 TCCL路径：
export LD_LIBRARY_PATH=/opt/tencent/tccl/lib:$LD_LIBRARY_PATH
6. 软件版本支持
目前 TCCL 对应 NCCL 版本 2.12 ，要求 glibc 版本 2.17 以上，CUDA 版本 10.0 以上。其他 CUDA 版本支持请联系您的售前经理获取支持。
Pytorch支持通过插件的方式接入第三方通信后端，所以在不重新编译 Pytorch 的前提下，用户可以使用 TCCL 通信后端，API 与 NCCL 完全兼容。详情可参考 Pytorch 现有通信后端介绍。
1. 安装 Pytorch 通信插件
# 卸载现有的tccl和NCCL插件
dpkg -r tccl && dpkg -r nccl-rdma-sharp-plugins
﻿
# 卸载torch_tccl
pip uninstall -y torch-tccl
﻿
# 安装torch_tccl 0.0.2版本
wget https://taco-1251783334.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/tccl/torch_tccl-0.0.2_pt1.12-py3-none-any.whl && pip install torch_tccl-0.0.2_pt1.12-py3-none-any.whl && rm -f torch_tccl-0.0.2_pt1.12-py3-none-any.whl
2. 修改业务代码
import torch_tccl
    
    #args.dist_backend = "nccl"
    args.dist_backend = "tccl"
    torch.distributed.init_process_group(
        backend=args.dist_backend,
        init_method=args.dist_url,
        world_size=args.world_size, rank=args.rank
    )
3. 配置TCCL环境变量
export NCCL_DEBUG=INFO
export NCCL_SOCKET_IFNAME=eth0
export NCCL_IB_GID_INDEX=3
export NCCL_IB_DISABLE=0
export NCCL_IB_HCA=mlx5_bond_0,mlx5_bond_1,mlx5_bond_2,mlx5_bond_3,mlx5_bond_4,mlx5_bond_5,mlx5_bond_6,mlx5_bond_7
export NCCL_NET_GDR_LEVEL=2
export NCCL_IB_QPS_PER_CONNECTION=4
export NCCL_IB_TC=160
export NCCL_IB_TIMEOUT=22
export NCCL_PXN_DISABLE=0
export TCCL_TOPO_AFFINITY=4
注意：
需要通过 TCCL_TOPO_AFFINITY=4 开启网络拓扑感知特性。
4.  验证 Pytorch
您在执行分布式训练业务时，出现如下提示可确认通信后端被正确加载。
﻿
﻿
﻿
5. 软件版本限制
当前安装包仅支持Pytorch 1.12，其他 Pytorch 和 CUDA 版本支持请联系您的售前经理获取支持。
说明：
如果运行nccl-tests或者其他需要动态链接通信库的场景，请使用方法一安装 TCCL。
﻿
如果您已经安装了 NCCL ，也可以使用 NCCL 插件的方式使用 TCCL 加速能力。
1. 安装 NCCL 插件
以 Ubuntu 20.04 为例，您可以使用以下命令安装插件。
# 卸载现有的 tccl 和 nccl 插件
dpkg -r tccl && dpkg -r nccl-rdma-sharp-plugins
﻿
# 下载安装 nccl 1.2 插件
wget https://taco-1251783334.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/nccl/nccl-rdma-sharp-plugins_1.2_amd64.deb && dpkg -i nccl-rdma-sharp-plugins_1.2_amd64.deb
﻿
# 请确保集群内使用的 nccl 插件版本一致，以下为 nccl 1.0 版本下载安装命令，推荐使用稳定性更优的 nccl 1.2 版本
# wget https://taco-1251783334.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/nccl/nccl-rdma-sharp-plugins_1.0_amd64.deb && dpkg -i nccl-rdma-sharp-plugins_1.0_amd64.deb && rm -f nccl-rdma-sharp-plugins_1.0_amd64.deb
如果您使用 CentOS 或 TencentOS，参考以下步骤安装：
# 卸载现有的 nccl 插件
rpm -e nccl-rdma-sharp-plugins-1.0-1.x86_64
﻿
# 下载安装 nccl 1.2 插件
wget https://taco-1251783334.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/nccl/nccl-rdma-sharp-plugins-1.2-1.x86_64.rpm && rpm -ivh --nodeps --force nccl-rdma-sharp-plugins-1.2-1.x86_64.rpm
﻿
# 请确保集群内使用 nccl 插件版本一致，以下为 nccl 1.0 版本下载安装命令，推荐使用稳定性更优的 nccl 1.2 版本
# wget https://taco-1251783334.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/nccl/nccl-rdma-sharp-plugins-1.0-1.x86_64.rpm && rpm -ivh --nodeps --force nccl-rdma-sharp-plugins-1.0-1.x86_64.rpm && rm -f nccl-rdma-sharp-plugins-1.0-1.x86_64.rpm
2. 获取拓扑排序的 IP 列表
NCCL 插件不需要依赖文件可提供 bonding 口动态聚合和全局 hash 路由两种优化。如果需要支持网络拓扑的亲和性感知，用户可以通过排序的IP列表来实现。
IP 排序可以按照如下方式完成：
准备 IP 列表文件
VPC IP 地址通过 ifconfig eth0获取，每行1个节点 IP，格式如下：
root@VM-125-10-tencentos:/workspace# cat ip_eth0.txt
172.16.177.28
172.16.176.11
172.16.177.25
172.16.177.12
执行排序
wget https://taco-1251783334.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/tccl/get_rdma_order_by_ip.sh && bash get_rdma_order_by_ip.sh ip_eth0.txt
注意：
所有节点都安装了 curl 工具（比如对于 Ubuntu，通过 apt install curl 安装）。
执行脚本的节点可以 ssh 免密访问其他所有节点。
查看排序后的 IP 列表文件
root@VM-125-10-tencentos:/workspace# cat hostfile.txt
172.16.176.11
172.16.177.12
172.16.177.25
172.16.177.28
3. 配置 TCCL 环境变量
export NCCL_DEBUG=INFO
export NCCL_SOCKET_IFNAME=eth0
export NCCL_IB_GID_INDEX=3
export NCCL_IB_DISABLE=0
export NCCL_IB_HCA=mlx5_bond_0,mlx5_bond_1,mlx5_bond_2,mlx5_bond_3,mlx5_bond_4,mlx5_bond_5,mlx5_bond_6,mlx5_bond_7
export NCCL_NET_GDR_LEVEL=2
export NCCL_IB_QPS_PER_CONNECTION=4
export NCCL_IB_TC=160
export NCCL_IB_TIMEOUT=22
export NCCL_PXN_DISABLE=0
﻿
# 机器IP手动排序之后，就不需要添加如下变量了
# export TCCL_TOPO_AFFINITY=4
4. 修改启动脚本
您需要在启动分布式训练时修改启动脚本。例如，如果使用 deepspeed launcher 启动训练进程，拿到排序后的 IP 列表之后，将对应的 IP 列表写入 hostfile，再启动训练进程。
root@vm-3-17-centos:/workspace/ptm/gpt# cat hostfile
172.16.176.11 slots=8
172.16.177.12 slots=8
172.16.177.25 slots=8
172.16.177.28 slots=8
﻿
deepspeed --hostfile ./hostfile --master_addr 172.16.176.11 train.py
如果使用 torchrun 启动训练进程，通过 --node_rank 指定对应的节点顺序，
// on 172.16.176.11
torchrun --nnodes=4 --nproc_per_node=8 --node_rank=0 --master_addr=172.16.176.11 train.py ...
// on 172.16.176.12
torchrun --nnodes=4 --nproc_per_node=8 --node_rank=1 --master_addr=172.16.176.11 train.py ...
// on 172.16.176.25
torchrun --nnodes=4 --nproc_per_node=8 --node_rank=2 --master_addr=172.16.176.11 train.py ...
// on 172.16.176.28
torchrun --nnodes=4 --nproc_per_node=8 --node_rank=3 --master_addr=172.16.176.11 train.py ...
如果使用 mpirun 启动训练进程，按照顺序排列 IP 即可。
mpirun \\
-np 64 \\
-H 172.16.176.11:8,172.16.177.12:8,172.16.177.25:8,172.16.177.28:8 \\
--allow-run-as-root \\
-bind-to none -map-by slot \\
-x NCCL_DEBUG=INFO 
-x NCCL_IB_GID_INDEX=3 \\
-x NCCL_IB_DISABLE=0 \\
-x NCCL_SOCKET_IFNAME=eth0 \\
-x NCCL_IB_HCA=mlx5_bond_0,mlx5_bond_1,mlx5_bond_2,mlx5_bond_3,mlx5_bond_4,mlx5_bond_5,mlx5_bond_6,mlx5_bond_7 \\
-x NCCL_NET_GDR_LEVEL=2 \\
-x NCCL_IB_QPS_PER_CONNECTION=4 \\
-x NCCL_IB_TC=160 \\
-x NCCL_IB_TIMEOUT=22 \\
-x NCCL_PXN_DISABLE=0 \\
-x LD_LIBRARY_PATH -x PATH \\
-mca coll_hcoll_enable 0 \\
-mca pml ob1 \\
-mca btl_tcp_if_include eth0 \\
-mca btl ^openib \\
all_reduce_perf -b 1G -e 1G -n 1000 -g 1
﻿
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安装方式	方法一：编译安装 Pytorch	方法二：安装 Pytorch 通信插件	（推荐）方法三：安装 NCCL 通信插件
使用步骤	安装 TCCL 重新编译安装 Pytorch	安装 Pytorch 通信插件修改分布式通信后端	安装 NCCL 插件修改启动脚本
优点	对业务代码无入侵	安装方便	安装方便
缺点	需要重新编译安装 Pytorch 对软件环境有要求	需要修改业务代码对软件环境有要求	集群节点扩充之后，需要更新排序列表
软件环境依赖	对应 NCCL 版本 2.12 要求 glibc 版本 2.17 以上要求 CUDA 版本 10.0 以上	当前安装包仅支持 Pytorch 1.12 要求 glibc 版本 2.17 以上要求 CUDA 版本 10.0 以上	安装 NCCL 即可
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