The need for efficient and scalable big-data analytics methods is more essential than ever due to the exploding size and complexity of globally emerging datasets. Nonnegative Matrix Factorization (NMF) is a well-known explainable unsupervised learning method for dimensionality reduction, latent feature extraction, blind source separation, data mining, and machine learning. In this paper, we introduce a new distributed out-of-memory NMF method, named pyDNMF-GPU, designed for modern heterogeneous CPU/GPU architectures that is capable of factoring exascale-sized dense and sparse matrices. Our method reduces the latency associated with local data transfer between the GPU and host using CUDA streams, and reduces the latency associated with collective communications (both intra-node and inter-node) via NCCL primitives. In addition, sparse and dense matrix multiplications are significantly accelerated with GPU cores, resulting in good scalability. We set new benchmarks for the size of the data being analyzed: in experiments, we measure up to 76x improvement on a single GPU over running on a single 18 core CPU and we show good weak scaling on up to 4096 multi-GPU cluster nodes with approximately 25,000 GPUs, when decomposing a dense 340 Terabyte-size matrix and a 11 Exabyte-size sparse matrix of density 10e-6. Finally, we integrate our method with an automatic model selection method. With this integration, we introduce a new tool that is capable of analyzing, compressing, and discovering explainable latent structures in extremely large sparse and dense data.


翻译:由于全球新兴数据集的爆炸规模和复杂性,对高效和可扩展的大数据分析方法的需要比以往更加重要,原因是全球新兴数据集的爆炸规模和复杂性。非负式矩阵化(NMF)是一个众所周知的、无法监督的学习方法,用于通过NCCL原始系统减少维度、潜在地貌提取、盲源分离、数据挖掘和机器学习。在本文件中,我们引入了一种新的分布式超模型NMF方法,名为PyDNMFF-GPU, 用于现代混合的CPU/GPU结构,能够将密度密度和稀薄的基质考虑在内。我们的方法降低了GUPU和主机主之间使用 CUDA流进行本地数据传输的透明性。此外,由于GPF核心的分散和密集性变异异性,我们为正在分析的数据大小制定了新的基准:在实验中,我们测量到76x的深度,在使用CUPUI的本地化结构中,我们测量到S-258级的深度结构中,我们测量到一个在18个核心上显示一个良好的GPU值。

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