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P2 Split-CNN

Split-CNN:通过自动模型变换与异构内存管理缓解 CNN 训练的内存瓶颈
ASPLOS Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems2019匹配度 3/10 · 论文关注 CNN 训练显存优化与异构内存管理,属于机器学习系统与体系结构方向,但未涉及静态分析、浮点程序分析、贝叶斯程序分析或 LLM 与程序分析的交叉,与研究画像的核心问题不匹配。引用 41 inbox
Tian Jin, Seokin Hong
crossref: 2026-09-12

AI 速览

一句话:提出 Split-CNN 将输入图像切块独立卷积以大幅降低训练显存,并配套异构内存管理系统提升 GPU 训练可扩展性。

本文针对深度卷积神经网络训练中的内存瓶颈展开跨层研究。作者首先提出 Split Convolutional Neural Network(Split-CNN):通过对当前主流 CNN 模型进行自动变换得到,其核心区别在于把输入图像切分成小块,在进入模型后续阶段之前对这些小块独立地进行卷积运算,从而显著降低训练算法对显存的需求。其次,作者设计了一种异构内存管理系统(HMMS),以充分利用 Split-CNN 在访存上的友好特性。实验表明,Split-CNN 大幅减少了 GPU 加速器上的训练内存占用,带来更高的训练可扩展性;此外,实证结果显示,在随机选取的边界处进行切分甚至能因正则化效应而在精度上超过基线 CNN。

问题
深度卷积神经网络训练受限于 GPU 显存容量,难以扩展到更大规模或更高分辨率;现有模型结构与内存管理方式未能充分利用切分后的访存特性。
方法
将现有 CNN 模型自动变换为 Split-CNN——把输入图像切成小块并在早期阶段独立运算;并配套提出异构内存管理系统(HMMS)来利用该结构的内存友好性质。
评估
通过训练实验比较 Split-CNN 与基线 CNN 的显存需求、训练可扩展性与精度,并分析不同切分边界(含随机边界)对结果的影响。
原文摘要(Abstract)

We present an interdisciplinary study to tackle the memory bottleneck of training deep convolutional neural networks (CNN). Firstly, we introduce Split Convolutional Neural Network (Split-CNN) that is derived from the automatic transformation of the state-of-the-art CNN models. The main distinction between Split-CNN and regular CNN is that Split-CNN splits the input images into small patches and operates on these patches independently before entering later stages of the CNN model. Secondly, we propose a novel heterogeneous memory management system (HMMS) to utilize the memory-friendly properties of Split-CNN. Through experiments, we demonstrate that Split-CNN achieves significantly higher training scalability by dramatically reducing the memory requirements of training algorithms on GPU accelerators. Furthermore, we provide empirical evidence that splitting at randomly chosen boundaries can even result in accuracy gains over baseline CNN due to its regularization effect.

链接与引用

DOI 原文 ·

BibTeX
@inproceedings{paperbot4883,
  title = {Split-CNN},
  author = {Tian Jin and Seokin Hong},
  booktitle = {ASPLOS},
  year = {2019},
  doi = {10.1145/3297858.3304038}
}