Limited by the memory capacity and computation power, singe-node graph convolutional neural network (GCN) accelerators cannot complete the execution of GCNs within a reasonable time, due to explosive graphs nowadays. Thus, large-scale GCNs call for a multi-node acceleration system (MultiAccSys) like TPU-Pod for large-scale neural network. In this work, we aim to scale the single-node GCN accelerator to accelerate GCNs on large-scale graphs. We first identify the communication pattern and challenges of the multi-node acceleration for GCNs on large-scale graphs. We observe that (1) the existence of the irregular coarse-grained communication pattern exists in the execution of GCNs in MultiAccSys, which introduces massive redundant network transmissions and off-chip memory accesses; (2) the acceleration of GCNs in MultiAccSys is mainly bounded by network bandwidth but tolerates network latency. Guided by the above observations, we then propose MultiGCN, an efficient MultiAccSys for large-scale GCNs that trades network latency for network bandwidth. Specifically, by leveraging the network latency tolerance, we first propose a topology-aware multicast mechanism with a one put per multicast message-passing model to reduce transmissions and alleviate network bandwidth requirements. Second, we introduce a scatter-based round execution mechanism which cooperates with the multicast mechanism and reduces redundant off-chip memory accesses. Compared to the baseline MultiAccSys, MultiGCN achieves 4-12x speedup using only 28%-68% energy, while reducing 32% transmissions and 73% off-chip memory accesses on average. Besides, MultiGCN not only achieves 2.5-8x speedup over the state-of-the-art multi-GPU solution, but also can scale to large-scale graph compared to single-node GCN accelerator.


翻译:由于内存能力和计算能力的限制, Singe-node图形变色神经网络(GCN)加速器无法在合理的时间内完成 GCN 的 GCN 执行, 原因是现在的爆炸图形。 因此, 大规模 GCN 需要多节加速系统( MultiAccSys ), 比如 TPU- Pod, 用于大型神经网络。 在这项工作中, 我们的目标是将 GCN 单节点的 GCN 加速器升级到大型的 GCN 加速器。 我们首先确定 GCN 的多节加速的通信模式和挑战, 在大型图表中, 我们首先确定 GCN 的多节节节加速的通信模式和挑战。 我们观察到:(1) 在多节点 GCN 的多节点网络中, 引入大量冗余的网络传输和离子存储器存储器访问; (2) 在多节点网络中, GCN 加速 GCN 主要是通过网络的网络带宽的带宽但能降低网络连接度。

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