背景信息

ViT全称Vision Transformer，该模型是在2020年由 Alexey Dosovitskiy 等人提出，将Transformer应用在图像分类的模型，虽然不是第一次将Transformer应用在视觉任务，但模型结构效果好，可扩展性强，成为了Transformer在CV领域应用的里程碑。模型示意图如下：

实例环境如下表所示。

操作步骤

1. 配置PyTorch开发环境。

a. 安装NVIDIA GPU驱动、CUDA和CUDNN组件。

执行以下命令，安装NVIDIA显卡驱动。

apt install tar gcc g++ make build-essential
chmod +x NVIDIA-Linux-x86_64-515.65.01.run
./NVIDIA-Linux-x86_64-515.65.01.run --no-opengl-files

安装完成后执行nvidia-smi命令，查看是否安装成功。

./cuda_11.7.0_515.43.04_linux.run
tar xJvf  cudnn-linux-x86_64-8.5.0.96_cuda11-archive.tar.xz
cd cudnn-linux-x86_64-8.5.0.96_cuda11-archive
sudo cp include/* /usr/local/cuda-11.7/include/
sudo cp lib/* /usr/local/cuda-11.7/lib64/
sudo chmod a+r /usr/local/cuda-11.7/include/cudnn* 
sudo chmod a+r /usr/local/cuda-11.7/lib64/libcudnn*

b. 配置conda环境。

依次执行以下命令，配置conda 环境。

wget -c https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/miniconda/Miniconda3-py39_4.12.0-Linux-x86_64.sh
chmod +x Miniconda3-py39_4.12.0-Linux-x86_64.sh
./Miniconda3-py39_4.12.0-Linux-x86_64.sh

c. 编辑~/.condarc 文件，加入下图配置信息，将 conda 的软件源替换为清华源。

channels:
  - defaults
show_channel_urls: true
default_channels:
  - https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/main
  - https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/r
  - https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/msys2
custom_channels:
  conda-forge: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud
  msys2: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud
  bioconda: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud
  menpo: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud
  pytorch: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud
  pytorch-lts: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud
  simpleitk: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud
  deepmodeling: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud

详情请参见：清华大学开源软件镜像站

执行conda info，确认软件源已替换。

d. 执行以下命令替换pip源为清华源。

pip config set global.index-url 
https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/

e. 安装Pytorch组件。

执行以下命令，安装 PyTorch。

pip install torch==1.13.1+cu117 torchvision==0.14.1+cu117 torchaudio==0.13.1 --extra-index-url 
https://download.pytorch.org/whl/cu117

依次执行以下命令，查看PyTorch 是否安装成功。

2. 实验数据。

CIFAR-10（Canadian Institute for Advanced Research-10）是一个常用的计算机视觉数据集，用于图像分类任务。它由60000个32x32彩色图像组成，这些图像均来自于10个不同的类别，每个类别包含6000个图像。数据集被分为两个部分：训练集和测试集，其中训练集包含50000个图像，测试集包含10000个图像。CIFAR-10数据集中的图像涵盖了广泛的对象类别，包括飞机、汽车、鸟类、猫、鹿、狗、青蛙、马、船和卡车。每个图像都有一个标签，表示它所属的类别。这个数据集被广泛用于计算机视觉领域的算法开发、模型训练和性能评估。

3. 使用ColossalAI-Examples模型训练。

本文在分布式训练框架 Colossal-AI 的基础上进行模型训练和开发。Colossal-AI 提供了一组便捷的接口，通过这组接口能方便地实现数据并行、模型并行、流水线并行或者混合并行。

a. 安装Colossal-AI和其他组件。

pip install colossalai timm titans

b. ViT示例模型训练。

git clone https://github.com/hpcaitech/ColossalAI-Examples.git
cd ColossalAI-Examples/image/vision_transformer/data_parallel

由于单卡T4显存有限，修改config.py文件，将BATCH_SIZE设置为32。执行以下命令启动训练：

colossalai run --nproc_per_node 1  train_with_cifar10.py --config config.py

模型运行过程如下图所示：