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HBM y la jerarquía de memoria

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High Bandwidth Memory: DRAM apilada junto al chip de la GPU. Su capacidad limita el tamaño del modelo y su ancho de banda limita muchos kernels.

La High Bandwidth Memory apila chips de DRAM junto a la GPU sobre un interposer de silicio. Una H100 SXM tiene 80 GB a ~3.35 TB/s. Debajo están la L2 (decenas de MB), la memoria compartida/L1 de cada SM y los registros, cada uno más pequeño y más rápido.

La capacidad es el primer muro en el entrenamiento de modelos grandes. Adam en precisión mixta necesita ~16 bytes por parámetro (pesos, gradientes, copia maestra FP32 y dos momentos), antes de las activaciones. Un modelo de 7B necesita ~107 GB solo de estado, más de lo que cabe en una GPU. Por eso existen ZeRO/FSDP, el paralelismo tensorial y el checkpointing de activaciones.

El ancho de banda es el segundo muro. Cualquier kernel con baja intensidad aritmética (operaciones elemento a elemento, normalizaciones, matrices pequeñas) está limitado por el ancho de banda de HBM, no por los FLOPs. Ver Modelo roofline.

Prueba la calculadora de abajo: cambia el modelo, la etapa de ZeRO y el paralelismo, y mira la memoria por GPU frente a la línea de 80 GB.

EN VIVO Calculadora de memoria de entrenamiento
pesos 13.4 GBgradientes 13.4 GBoptimizador 5.0 GBactivaciones 36.5 GBframework 3.0 GB
80 GB HBM
Por GPU
71.3 GB
Veredicto
cabe
Paralelismo de datos
dp = 16
Parámetros / GPU
6.70 B

Memoria por GPU para Adam en precisión mixta, longitud de secuencia 4096, flash attention. Las activaciones usan la estimación de Korthikanti et al.

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Fuentes y lecturas adicionales

Escrito para LazyLab con nuestras propias palabras; las fuentes se citan para profundizar y verificar.