GKE で複数の GPU を使用して Gemma オープンモデルをファインチューニングする

Autopilot Standard

このチュートリアルでは、Hugging Face の Transformers ライブラリを使用して、Google Kubernetes Engine（GKE）で画像処理装置（GPU）を使用し、Gemma 大規模言語モデル（LLM）をファインチューニングする方法について説明します。ファインチューニングは、新しいデータセットでパラメータを更新することで、トレーニング済みモデルが特定のタスクを実行する能力を向上させる教師あり学習プロセスです。このチュートリアルでは、2B パラメータで事前トレーニング済みの Gemma ファミリーモデルを Hugging Face からダウンロードし、GKE Autopilot または Standard クラスタでファインチューニングします。

このガイドは、LLM をファインチューニングする際に、マネージド Kubernetes での詳細な制御、スケーラビリティ、復元力、ポータビリティ、費用対効果が求められる場合の出発点として適しています。ML モデルを費用対効果の高い方法で迅速に構築して提供するために、統合されたマネージド AI プラットフォームが必要な場合は、Vertex AI ソリューションをお試しになることをおすすめします。

背景

GKE の GPU で Transformers ライブラリを使用して Gemma をサービングすると、効率的なスケーラビリティや高可用性をはじめとするマネージド Kubernetes のメリットをすべて活かして、プロダクションレディで堅牢な推論サービングソリューションを実装できます。このセクションでは、このガイドで使用されている重要なテクノロジーについて説明します。

Gemma

Gemma は、オープンライセンスでリリースされ一般公開されている、軽量の生成 AI モデルのセットです。これらの AI モデルは、アプリケーション、ハードウェア、モバイルデバイス、ホスト型サービスで実行できます。

このガイドでは、テキスト生成用の Gemma について説明します。特定のタスクを実行するようにこれらのモデルをチューニングすることもできます。

このドキュメントで使用するデータセットは b-mc2/sql-create-context です。

詳しくは、Gemma のドキュメントをご覧ください。

GPU

GPU を使用すると、ノードで実行される特定のワークロード（ML やデータ処理など）を高速化できます。GKE には、NVIDIA H100、L4、A100 GPU を搭載したマシンタイプをはじめとして、ノード構成用のさまざまなマシンタイプオプションが用意されています。

GKE で GPU を使用する前に、次の学習プログラムを完了することをおすすめします。

現在の GPU バージョンの可用性について学習する
GKE の GPU について学習する

Hugging Face Transformers

Hugging Face の Transformers ライブラリを使用すると、最先端の事前トレーニング済みモデルにアクセスできます。Transformers ライブラリを使用すると、モデルの完全なトレーニングに関連する時間、リソース、計算コストを削減できます。

このチュートリアルでは、Hugging Face API とツールを使用して、これらの事前トレーニング済みモデルをダウンロードしてファインチューニングします。

目標

このガイドは、H100、A100、L4 GPU ハードウェアで LLM をファインチューニングするために Kubernetes コンテナオーケストレーション機能を使用することに関心をお持ちの GKE ユーザー（新規または既存）、ML エンジニア、MLOps（DevOps）エンジニア、プラットフォーム管理者を対象としています。

このガイドを終えると、次のことを行えるようになります。

Autopilot モードの GKE クラスタで環境を準備する。
ファインチューニングコンテナを作成する。
GPU を使用して Gemma 2B モデルをファインチューニングし、モデルを Hugging Face にアップロードする。

始める前に

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Make sure that you have the following role or roles on the project: roles/container.admin, roles/iam.serviceAccountAdmin
Check for the roles
1. In the Google Cloud console, go to the IAM page.
  Go to IAM
2. Select the project.
3. In the Principal column, find all rows that identify you or a group that you're included in. To learn which groups you're included in, contact your administrator.
4. For all rows that specify or include you, check the Role colunn to see whether the list of roles includes the required roles.
Grant the roles
1. In the Google Cloud console, go to the IAM page.
  [IAM] に移動
2. プロジェクトを選択します。
3. [ アクセスを許可] をクリックします。
4. [新しいプリンシパル] フィールドに、ユーザー ID を入力します。これは通常、Google アカウントのメールアドレスです。
5. [ロールを選択] リストでロールを選択します。
6. 追加のロールを付与するには、 [別のロールを追加] をクリックして各ロールを追加します。
7. [保存] をクリックします。

Hugging Face アカウントを作成します（まだ作成していない場合）。
プロジェクトに、GPU に対する十分な割り当てがあることを確認します。詳細については、GPU についてと数量に基づく割り当てをご覧ください。

モデルへのアクセス権を取得する

GKE にデプロイするために Gemma モデルへのアクセス権を取得するには、まずライセンス同意契約に署名してから、Hugging Face のアクセストークンを生成する必要があります。

Gemma を使用するには同意契約に署名する必要があります。手順は次のとおりです。

Kaggle.com のモデルの同意ページにアクセスします。
Hugging Face アカウントを使用して同意を確認します。
モデルの規約に同意します。

アクセストークンを生成する

Hugging Face からモデルにアクセスするには、Hugging Face トークンが必要です。

トークンをまだ生成していない場合は、次の手順に沿って生成します。

[Your Profile] > [Settings] > [Access Tokens] の順にクリックします。
[New Token] を選択します。
任意の名前と、少なくとも Write ロールを指定します。
[Generate a token] を選択します。
トークンをクリップボードにコピーします。

環境を準備する

このチュートリアルでは、Cloud Shell を使用して Google Cloud でホストされるリソースを管理します。Cloud Shell には、このチュートリアルに必要な kubectl や gcloud CLI などのソフトウェアがプリインストールされています。

Cloud Shell を使用して環境を設定するには、次の操作を行います。

Google Cloud コンソールで、Google Cloud コンソールの [Cloud Shell をアクティブにする] をクリックして、Cloud Shell セッションを起動します。これにより、Google Cloud コンソールの下部ペインでセッションが起動されます。
デフォルトの環境変数を設定します。
```
gcloud config set project PROJECT_ID
export PROJECT_ID=$(gcloud config get project)
export REGION=REGION
export CLUSTER_NAME=finetuning
export HF_TOKEN=HF_TOKEN
export HF_PROFILE=HF_PROFILE
```
次の値を置き換えます。
- PROJECT_ID: Google Cloud プロジェクト ID。
- REGION: 使用するアクセラレータタイプをサポートするリージョン（たとえば、L4 GPU の場合は us-central1）。
- HF_TOKEN: 先ほど生成した Hugging Face トークン。
- HF_PROFILE: 前に作成した Hugging Face プロファイル ID。

GitHub からサンプルコードリポジトリのクローンを作成します。

git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples
cd kubernetes-engine-samples/ai-ml/llm-finetuning-gemma

Google Cloud リソースを作成して構成する

次の手順で、必要なリソースを作成します。

GKE クラスタとノードプールを作成する

GKE Autopilot クラスタまたは GKE Standard クラスタの GPU で Gemma を提供できます。フルマネージドの Kubernetes エクスペリエンスを実現するには、Autopilot クラスタを使用することをおすすめします。ワークロードに最適な GKE の運用モードを選択するには、GKE の運用モードを選択するをご覧ください。

Autopilot

Cloud Shell で、次のコマンドを実行します。

gcloud container clusters create-auto ${CLUSTER_NAME} \
  --project=${PROJECT_ID} \
  --region=${REGION} \
  --release-channel=rapid \
  --cluster-version=1.29

GKE は、デプロイされたワークロードからの要求に応じた CPU ノードと GPU ノードを持つ Autopilot クラスタを作成します。

Standard

Cloud Shell で、次のコマンドを実行して Standard クラスタを作成します。

gcloud container clusters create ${CLUSTER_NAME} \
  --project=${PROJECT_ID} \
  --region=${REGION} \
  --workload-pool=${PROJECT_ID}.svc.id.goog \
  --release-channel=rapid \
  --num-nodes=1

クラスタの作成には数分かかることもあります。

次のコマンドを実行して、クラスタのノードプールを作成します。

gcloud container node-pools create gpupool \
  --accelerator type=nvidia-l4,count=8,gpu-driver-version=latest \
  --project=${PROJECT_ID} \
  --location=${REGION} \
  --node-locations=${REGION}-a \
  --cluster=${CLUSTER_NAME} \
  --machine-type=g2-standard-96 \
  --num-nodes=1

GKE は、各ノードに 2 つの L4 GPU を含む単一のノードプールを作成します。

Hugging Face の認証情報用の Kubernetes Secret を作成する

Cloud Shell で、次の操作を行います。

クラスタと通信を行うように kubectl を構成します。

gcloud container clusters get-credentials ${CLUSTER_NAME} --location=${REGION}

Hugging Face トークンを含む Kubernetes Secret を作成します。

kubectl create secret generic hf-secret \
  --from-literal=hf_api_token=${HF_TOKEN} \
  --dry-run=client -o yaml | kubectl apply -f -

Docker と Cloud Build を使用してファインチューニングコンテナを作成する

このコンテナは、PyTorch と Hugging Face Transformers のコードを使用して、既存の事前トレーニング済み Gemma モデルをファインチューニングします。

Artifact Registry Docker リポジトリを作成します。

gcloud artifacts repositories create gemma \
    --project=${PROJECT_ID} \
    --repository-format=docker \
    --location=us \
    --description="Gemma Repo"

イメージをビルドして push します。
```
gcloud builds submit .
```
このチュートリアルで後で使用できるように、IMAGE_URL をエクスポートします。
```
export IMAGE_URL=us-docker.pkg.dev/$PROJECT_ID/gemma/finetune-gemma-gpu:1.0.0
```

GKE でファインチューニングジョブを実行する

ファインチューニングジョブ用の Gemma をデプロイする

finetune.yaml ファイルを開きます。

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: finetune-job
  namespace: default
spec:
  backoffLimit: 2
  template:
    metadata:
      annotations:
        kubectl.kubernetes.io/default-container: finetuner
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 600
      containers:
      - name: finetuner
        image: $IMAGE_URL
        resources:
          limits:
            nvidia.com/gpu: "8"
        env:
        - name: MODEL_NAME
          value: "google/gemma-2b"
        - name: NEW_MODEL
          value: "gemma-2b-sql-finetuned"
        - name: LORA_R
          value: "8"
        - name: LORA_ALPHA
          value: "16"
        - name: TRAIN_BATCH_SIZE
          value: "1"
        - name: EVAL_BATCH_SIZE
          value: "2"
        - name: GRADIENT_ACCUMULATION_STEPS
          value: "2"
        - name: DATASET_LIMIT
          value: "1000"
        - name: MAX_SEQ_LENGTH
          value: "512"
        - name: LOGGING_STEPS
          value: "5"
        - name: HF_TOKEN
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: hf-secret
              key: hf_api_token
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: dshm
      volumes:
      - name: dshm
        emptyDir:
          medium: Memory
      nodeSelector:
        cloud.google.com/gke-accelerator: nvidia-l4
      restartPolicy: OnFailure

マニフェストを適用して、ファインチューニングジョブを作成します。
```
envsubst < finetune.yaml | kubectl apply -f -
```
この指示により、IMAGE_URL はマニフェスト内の変数に置き換えられます。
次のコマンドを実行して、ジョブをモニタリングします。
```
watch kubectl get pods
```
次のコマンドを実行して、ジョブのログを確認します。
```
kubectl logs job.batch/finetune-job -f
```
Job リソースはモデルデータをダウンロードし、8 つすべての GPU を使用してモデルをファインチューニングします。この処理には最長で 20 分ほどかかります
ジョブが完了したら、Hugging Face アカウントに移動します。Hugging Face のプロフィールに $HF_PROFILE/gemma-2b-sql-finetuned という名前の新しいモデルが表示されます。

ファインチューニング済みモデルを GKE でサービングする

このセクションでは、Gemma モデルをサービングする vLLM コンテナをデプロイします。

次の serve-gemma.yaml マニフェストを作成します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: vllm-gemma-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: gemma-server
  template:
    metadata:
      labels:
        app: gemma-server
        ai.gke.io/model: gemma-2b
        ai.gke.io/inference-server: vllm
        examples.ai.gke.io/source: user-guide
    spec:
      containers:
      - name: inference-server
        image: us-docker.pkg.dev/vertex-ai/vertex-vision-model-garden-dockers/pytorch-vllm-serve:20240220_0936_RC01
        resources:
          requests:
            cpu: "2"
            memory: "7Gi"
            ephemeral-storage: "10Gi"
            nvidia.com/gpu: 1
          limits:
            cpu: "2"
            memory: "7Gi"
            ephemeral-storage: "10Gi"
            nvidia.com/gpu: 1
        command: ["python3", "-m", "vllm.entrypoints.api_server"]
        args:
        - --model=$(MODEL_ID)
        - --tensor-parallel-size=1
        env:
        - name: MODEL_ID
          value: google/gemma-2b
        - name: HUGGING_FACE_HUB_TOKEN
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: hf-secret
              key: hf_api_token
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: dshm
      volumes:
      - name: dshm
        emptyDir:
            medium: Memory
      nodeSelector:
        cloud.google.com/gke-accelerator: nvidia-l4
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: llm-service
spec:
  selector:
    app: gemma-server
  type: ClusterIP
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 8000
      targetPort: 8000

新しい MODEL_ID の環境変数を作成します。
```
export MODEL_ID=$HF_PROFILE/gemma-2b-sql-finetuned
```

マニフェストの MODEL_ID を置き換えます。

sed -i "s|google/gemma-2b|$MODEL_ID|g" serve-gemma.yaml

次のようにマニフェストを適用します。
```
kubectl apply -f serve-gemma.yaml
```
クラスタ内の Pod が Hugging Face からモデルの重みをダウンロードし、サービス提供エンジンを起動します。

Deployment が利用可能になるまで待ちます。

kubectl wait --for=condition=Available --timeout=700s deployment/vllm-gemma-deployment

実行中の Deployment のログを表示します。
```
kubectl logs -f -l app=gemma-finetune
```

Deployment リソースによってモデルデータがダウンロードされます。この処理には数分かかることがあります。出力は次のようになります。

INFO 01-26 19:02:54 model_runner.py:689] Graph capturing finished in 4 secs.
INFO:     Started server process [1]
INFO:     Waiting for application startup.
INFO:     Application startup complete.
INFO:     Uvicorn running on http://0.0.0.0:8000 (Press CTRL+C to quit)

モデルが完全にダウンロードされたことを確認してから、次のセクションに進んでください。

モデルを提供する

このセクションでは、モデルを操作します。

ポート転送を設定する

モデルがデプロイされたら、次のコマンドを実行してモデルへのポート転送を設定します。

kubectl port-forward service/llm-service 8000:8000

出力は次のようになります。

Forwarding from 127.0.0.1:8000 -> 8000

curl を使用してモデルを操作する

新しいターミナルセッションで、curl を使用してモデルとチャットします。

次のコマンドの例は TGI 用です。

USER_PROMPT="Question: What is the total number of attendees with age over 30 at kubecon eu? Context: CREATE TABLE attendees (name VARCHAR, age INTEGER, kubecon VARCHAR)"

curl -X POST http://localhost:8000/generate \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d @- <<EOF
{
    "prompt": "${USER_PROMPT}",
    "temperature": 0.1,
    "top_p": 1.0,
    "max_tokens": 24
}
EOF

次の出力には、モデルのレスポンスの例が表示されています。

{"generated_text":" Answer: SELECT COUNT(age) FROM attendees WHERE age > 30 AND kubecon = 'eu'\n"}

クエリによっては、より良い結果を得るために max_token の変更が必要になる場合があります。指示用チューニング済みモデルを使用して、チャットエクスペリエンスを向上させることもできます。

クリーンアップ

このチュートリアルで使用したリソースについて、Google Cloud アカウントに課金されないようにするには、リソースを含むプロジェクトを削除するか、プロジェクトを維持して個々のリソースを削除します。

デプロイされたリソースを削除する

このガイドで作成したリソースについて、Google Cloud アカウントに課金されないようにするには、次のコマンドを実行します。

gcloud container clusters delete ${CLUSTER_NAME} \
  --region=${REGION}

次のステップ

GKE の GPU の詳細を確認する。
GitHub のサンプルコードを表示し、他のアクセラレータ（A100 GPU や H100 GPU など）で Gemma と TGI の使用方法を確認する。
Autopilot で GPU ワークロードをデプロイする方法を学習する。
Standard で GPU ワークロードをデプロイする方法を学習する。
Vertex AI Model Garden を確認する。
GKE プラットフォームのオーケストレーション機能を使用して、最適化された AI / ML ワークロードを実行する方法を確認する。

GKE で複数の GPU を使用して Gemma オープンモデルをファインチューニングする

背景

Gemma

GPU

Hugging Face Transformers

目標

始める前に

Check for the roles

Grant the roles

モデルへのアクセス権を取得する

ライセンス同意契約に署名する

アクセス トークンを生成する

環境を準備する

Google Cloud リソースを作成して構成する

GKE クラスタとノードプールを作成する

Autopilot

Standard

Hugging Face の認証情報用の Kubernetes Secret を作成する

Docker と Cloud Build を使用してファインチューニング コンテナを作成する

GKE でファインチューニング ジョブを実行する

ファインチューニング済みモデルを GKE でサービングする

モデルを提供する

ポート転送を設定する

curl を使用してモデルを操作する

クリーンアップ

デプロイされたリソースを削除する

次のステップ

アクセストークンを生成する

Docker と Cloud Build を使用してファインチューニングコンテナを作成する

GKE でファインチューニングジョブを実行する