Graph neural networks (GNNs) can extract features by learning both the representation of each objects (i.e., graph nodes) and the relationship across different objects (i.e., the edges that connect nodes), achieving state-of-the-art performance in various graph-based tasks. Despite its strengths, utilizing these algorithms in a production environment faces several challenges as the number of graph nodes and edges amount to several billions to hundreds of billions scale, requiring substantial storage space for training. Unfortunately, state-of-the-art ML frameworks employ an in-memory processing model which significantly hampers the productivity of ML practitioners as it mandates the overall working set to fit within DRAM capacity. In this work, we first conduct a detailed characterization on a state-of-the-art, large-scale GNN training algorithm, GraphSAGE. Based on the characterization, we then explore the feasibility of utilizing capacity-optimized NVM SSDs for storing memory-hungry GNN data, which enables large-scale GNN training beyond the limits of main memory size. Given the large performance gap between DRAM and SSD, however, blindly utilizing SSDs as a direct substitute for DRAM leads to significant performance loss. We therefore develop SmartSAGE, our software/hardware co-design based on an in-storage processing (ISP) architecture. Our work demonstrates that an ISP based large-scale GNN training system can achieve both high capacity storage and high performance, opening up opportunities for ML practitioners to train large GNN datasets without being hampered by the physical limitations of main memory size.


翻译:图表神经网络(GNNS)可以通过学习每个对象(即图形节点)的表述方式和不同对象(即连接节点的边缘)之间的关系来获取特征,从而在各种图形化任务中实现最先进的性能。尽管其优点,但在生产环境中使用这些算法面临若干挑战,因为图形节点和边缘的数量高达数十亿至数千亿亿,需要大量的培训存储空间。不幸的是,最先进的ML框架使用一个模拟处理模型,这大大妨碍了ML从业人员的生产率,因为它要求将总体工作设置与DRAM能力相适应。在这项工作中,我们首先对最新、大规模GNNNNE培训算法进行详细的描述,因为图形节点和边缘在生产环境中,我们然后探索利用能力优化型NVMSDSDS储存SDSDS, 大规模GNNNNT培训超出了主要记忆力范围,因此,我们为SDSDSD开发了高水平的智能模型。

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