パイプラインの構築

Vertex AI Pipelines を使用すると、サーバーレスで機械学習（ML）ワークフローをオーケストレートできます。Vertex AI Pipelines で ML ワークフローをオーケストレートする前に、ワークフローをパイプラインとして記述する必要があります。ML パイプラインは、コンテナと Google Cloud サービスに基づく、移植可能でスケーラブルな ML ワークフローです。

このガイドでは、ML パイプラインの構築を開始する方法について説明します。

使用するパイプライン SDK の選び方

Vertex AI Pipelines では、次のいずれかの SDK を使用して構築されたパイプラインが実行されます。

Kubeflow Pipelines SDK v1.8 以降（v2 を推奨）

注: Vertex AI Pipelines のドキュメントで提供されているコードサンプルを使用する場合は、Kubeflow Pipelines SDK v2 をインストールします。Kubeflow Pipelines SDK v1.8 をインストールすると、これらのコードサンプルは正常に実行できない可能性があります。
TensorFlow Extended v0.30.0 以降

テラバイト単位の構造化データまたはテキストデータを処理する ML ワークフローで TensorFlow を使用する場合は、TFX を使用してパイプラインを構築することをおすすめします。

TFX パイプラインの構築の詳細については、TFX スタートガイドのチュートリアルをご覧ください。
Vertex AI Pipelines を使用した TFX パイプラインの実行の詳細については、Google Cloud 上の TFX のチュートリアルをご覧ください。

その他のユースケースでは、Kubeflow Pipelines SDK を使用してパイプラインを構築することをおすすめします。Kubeflow Pipelines SDK でパイプラインを構築すると、カスタムコンポーネントを構築するか、Google Cloud パイプラインコンポーネントなどのビルド済みコンポーネントを再利用して、ワークフローを実装できます。Google Cloud のパイプラインコンポーネントを使用すると、パイプラインで AutoML などの Vertex AI サービスを簡単に使用できます。

このガイドでは、Kubeflow Pipelines SDK を使用してパイプラインを構築する方法について説明します。

始める前に

パイプラインの構築と実行を行う前に、次の手順で Google Cloud プロジェクトと開発環境を設定します。

Google Cloud プロジェクトで ML パイプラインを実行できるようにするために、ガイドの Google Cloud プロジェクトの構成手順を行います。
Kubeflow Pipelines SDK を使用してパイプラインを構築するために、Kubeflow Pipelines SDK v1.8 以降をインストールします。
パイプラインで Vertex AI Python クライアントを使用するために、Vertex AI クライアントライブラリ v1.7 以降をインストールします。
パイプラインで Vertex AI サービスを使用するために、Google Cloud パイプラインコンポーネント SDK をインストールします。

パイプラインの構築を開始する

Vertex AI Pipelines で ML ワークフローをオーケストレートするには、まずワークフローをパイプラインとして記述する必要があります。次のサンプルでは、データセットの作成、AutoML によるモデルのトレーニング、予測用のトレーニング済みモデルのデプロイを Vertex AI を使って行うにあたり、Google Cloud パイプラインコンポーネントを使用する方法を示します。

次のコードサンプルを実行する前に、認証を設定する必要があります。

認証の設定方法

認証を設定するには、サービスアカウントキーを作成して、サービスアカウントキーへのパスを示す環境変数を設定する必要があります。

サービスアカウントを作成します。
1. Google Cloud コンソールで [サービスアカウントの作成] ページに移動します。
  
  [サービスアカウントの作成] に移動
2. [サービスアカウント名] フィールドに名前を入力します。
3. 省略可: [サービスアカウントの説明] フィールドに説明を入力します。
4. [作成] をクリックします。
5. [ロールを選択] フィールドをクリックします。[すべてのロール] で、[Vertex AI] > [Vertex AI ユーザー] を選択します。
6. [完了] をクリックして、サービスアカウントを作成します。
  
  ブラウザウィンドウは閉じないでください。次のステップでこれを使用します。
認証に使用するサービスアカウントキーを作成します。
1. Google Cloud コンソールで、作成したサービスアカウントのメールアドレスをクリックします。
2. [キー] をクリックします。
3. [鍵を追加]、[新しい鍵を作成] の順にクリックします。
4. [作成] をクリックします。JSON キーファイルがパソコンにダウンロードされます。
5. [閉じる] をクリックします。
新しいサービスアカウントに、パイプラインの実行に使用するサービスアカウントへのアクセスを許可します。
1. [] をクリックしてサービスアカウントのリストに戻ります。
2. パイプラインの実行に使用するサービスアカウントの名前をクリックします。[サービスアカウントの詳細] ページが表示されます。
  
  ガイドの手順に沿って Vertex AI Pipelines 用のプロジェクトを構成した場合、これは、細かな権限を持つサービスアカウントの構成で作成したサービスアカウントと同じになります。それ以外の場合、Vertex AI は Compute Engine のデフォルトサービスアカウントを使用してパイプラインを実行します。Compute Engine のデフォルトのサービスアカウントの名前は PROJECT_NUMBER-compute@developer.gserviceaccount.com です。
3. [権限] タブをクリックします。
4. [アクセス権を付与] をクリックします。[プリンシパルの追加] パネルが表示されます。
5. [新しいプリンシパル] ボックスに、前の手順で作成したサービスアカウントのメールアドレスを入力します。
6. [ロール] プルダウンリストで、[サービスアカウント] > [サービスアカウントユーザー] を選択します。
7. [保存] をクリックします。
環境変数 GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS を、サービスアカウントキーが含まれる JSON ファイルのパスに設定します。この変数は現在の shell セッションにのみ適用されるため、新しいセッションを開く場合は、変数を再度設定します。

例: Linux または macOS

[PATH] をサービスアカウントキーが含まれる JSON ファイルのパスに置き換えます。
```
export GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS="[PATH]"
```
次に例を示します。
```
export GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS="/home/user/Downloads/service-account-file.json"
```
例: Windows

[PATH] は、サービスアカウントキーが保存されている JSON ファイルのパスに置き換え、[FILE_NAME] はファイル名に置き換えます。

PowerShell を使用する場合:
```
$env:GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS="[PATH]"
```
次に例を示します。
```
$env:GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS="C:\Users\username\Downloads\[FILE_NAME].json"
```
コマンドプロンプトを使用する場合:
```
set GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS=[PATH]
```

Kubeflow Pipelines DSL パッケージを使用してワークフローを定義する

kfp.dsl パッケージには、パイプラインとコンポーネントを定義して操作するために使用できるドメイン固有の言語（DSL）が含まれています。

Kubeflow Pipelines コンポーネントは、パイプラインステップを作成するファクトリ関数です。各コンポーネントでは、コンポーネントの入力、出力、実装を記述します。たとえば、以下のコードサンプルでは、ds_op がコンポーネントです。

コンポーネントは、パイプラインステップを作成するために使用されます。パイプラインが実行されると、その依存データが使用可能になったときにステップが実行されます。たとえば、トレーニングコンポーネントで CSV ファイルを入力として受け取り、それを使用してモデルをトレーニングできます。

import kfp
from google.cloud import aiplatform
from google_cloud_pipeline_components.v1.dataset import ImageDatasetCreateOp
from google_cloud_pipeline_components.v1.automl.training_job import AutoMLImageTrainingJobRunOp
from google_cloud_pipeline_components.v1.endpoint import EndpointCreateOp, ModelDeployOp

project_id = PROJECT_ID
pipeline_root_path = PIPELINE_ROOT

# Define the workflow of the pipeline.
@kfp.dsl.pipeline(
    name="automl-image-training-v2",
    pipeline_root=pipeline_root_path)
def pipeline(project_id: str):
    # The first step of your workflow is a dataset generator.
    # This step takes a Google Cloud Pipeline Component, providing the necessary
    # input arguments, and uses the Python variable `ds_op` to define its
    # output. Note that here the `ds_op` only stores the definition of the
    # output but not the actual returned object from the execution. The value
    # of the object is not accessible at the dsl.pipeline level, and can only be
    # retrieved by providing it as the input to a downstream component.
    ds_op = ImageDatasetCreateOp(
        project=project_id,
        display_name="flowers",
        gcs_source="gs://cloud-samples-data/vision/automl_classification/flowers/all_data_v2.csv",
        import_schema_uri=aiplatform.schema.dataset.ioformat.image.single_label_classification,
    )

    # The second step is a model training component. It takes the dataset
    # outputted from the first step, supplies it as an input argument to the
    # component (see `dataset=ds_op.outputs["dataset"]`), and will put its
    # outputs into `training_job_run_op`.
    training_job_run_op = AutoMLImageTrainingJobRunOp(
        project=project_id,
        display_name="train-iris-automl-mbsdk-1",
        prediction_type="classification",
        model_type="CLOUD",
        dataset=ds_op.outputs["dataset"],
        model_display_name="iris-classification-model-mbsdk",
        training_fraction_split=0.6,
        validation_fraction_split=0.2,
        test_fraction_split=0.2,
        budget_milli_node_hours=8000,
    )

    # The third and fourth step are for deploying the model.
    create_endpoint_op = EndpointCreateOp(
        project=project_id,
        display_name = "create-endpoint",
    )

    model_deploy_op = ModelDeployOp(
        model=training_job_run_op.outputs["model"],
        endpoint=create_endpoint_op.outputs['endpoint'],
        automatic_resources_min_replica_count=1,
        automatic_resources_max_replica_count=1,
    )

次のように置き換えます。

PROJECT_ID: このパイプラインが実行される Google Cloud プロジェクト。
PIPELINE_ROOT_PATH: パイプラインサービスアカウントがアクセスできる Cloud Storage URI を指定します。パイプライン実行のアーティファクトはパイプラインルート内に保存されます。

パイプラインルートは、パイプライン関数の @kfp.dsl.pipeline アノテーションの引数として設定することも、create_run_from_job_spec を呼び出してパイプライン実行を作成する際に設定することもできます。

パイプラインを YAML ファイルにコンパイルする

パイプラインのワークフローを定義したら、パイプラインを YAML 形式にコンパイルできます。YAML ファイルには、Vertex AI Pipelines でパイプラインを実行するためのすべての情報が含まれます。

from kfp import compiler

compiler.Compiler().compile(
    pipeline_func=pipeline,
    package_path='image_classif_pipeline.yaml'
)

パイプライン実行を送信する

パイプラインのワークフローを YAML 形式にコンパイルしたら、Vertex AI Python クライアントでパイプラインを送信して実行できます。

import google.cloud.aiplatform as aip

# Before initializing, make sure to set the GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS
# environment variable to the path of your service account.
aip.init(
    project=project_id,
    location=PROJECT_REGION,
)

# Prepare the pipeline job
job = aip.PipelineJob(
    display_name="automl-image-training-v2",
    template_path="image_classif_pipeline.yaml",
    pipeline_root=pipeline_root_path,
    parameter_values={
        'project_id': project_id
    }
)

job.submit()

次のように置き換えます。

PROJECT_REGION: このパイプラインが実行されるリージョン。

上の例の各要素の内容は次のとおりです。

Kubeflow パイプラインは Python 関数として定義されます。関数にはアノテーションとして @kfp.dsl.pipeline デコレータが付けられます。これは、パイプラインの名前とルートパスを指定します。パイプラインのルートパスは、パイプラインのアーティファクトが保存される場所です。
パイプラインのワークフローステップは、Google Cloud パイプラインコンポーネントを使用して作成されます。コンポーネントの出力を別のコンポーネントの入力として使用することで、パイプラインのワークフローをグラフとして定義します。たとえば、training_job_run_op は ds_op の dataset 出力に依存します。
パイプラインをコンパイルするには kfp.compiler.Compiler を使用します。
パイプライン実行は、Vertex AI Python クライアントを使用して Vertex AI Pipelines に作成します。パイプライン名とパイプラインのルートパスは、パイプラインの実行時にオーバーライドできます。パイプライン実行は、パイプライン名を使用してグループ化できます。パイプライン名をオーバーライドすると、本番環境と試験運用版のパイプライン実行を区別しやすくなります。

パイプラインの構築について詳しくは、Kubeflow パイプラインの構築セクションと、サンプルとチュートリアルをご覧ください。

Kubeflow Pipelines を構築する

次のプロセスを使用してパイプラインを構築します。

パイプラインを一連のコンポーネントとして設計します。再利用性を高めるため、各コンポーネントが単一の責任を持つようにします。可能な限り、Google Cloud パイプラインコンポーネントなどの実績のあるコンポーネントを再利用するようにパイプラインを設計します。

パイプラインの設計について学習する。
Kubeflow Pipelines SDK を使用して、ML ワークフローの実装に必要なカスタムコンポーネントを構築します。コンポーネントは、ML ワークフローのステップを実行する自己完結型のコードセットです。パイプラインコンポーネントを作成するには、次のオプションを使用します。
- コンポーネントのコードをコンテナイメージとしてパッケージ化します。このオプションを使用すると、コンテナイメージとしてパッケージ化できる任意の言語で書かれたコードをパイプラインに追加できます。
  
  Kubeflow のパイプラインコンポーネントの構築方法を学習する。
- コンポーネントのコードをスタンドアロンの Python 関数として実装し、Kubeflow Pipelines SDK を使用して関数をコンポーネントとしてパッケージ化します。このオプションを使用すると、Python ベースのコンポーネントをより簡単に構築できます。
  
  Python 関数ベースのコンポーネントの構築方法を学習する。
パイプラインを Python 関数として構築します。

パイプラインを Python 関数として定義する方法について学習する。
Kubeflow Pipelines SDK コンパイラを使用してパイプラインをコンパイルします。
```
from kfp import compiler

compiler.Compiler().compile(
    pipeline_func=PIPELINE_FUNCTION,
    package_path=PIPELINE_PACKAGE_PATH)
```
次のように置き換えます。
- PIPELINE_FUNCTION: パイプラインの関数の名前。
- PIPELINE_PACKAGE_PATH: コンパイル済みのパイプラインを保存する場所。
Google Cloud Console または Python を使用してパイプラインを実行します。

パイプライン内の Google Cloud リソースにアクセスする

パイプラインの実行時にサービスアカウントを指定しない場合、Vertex AI Pipelines は Compute Engine のデフォルトのサービスアカウントを使用してパイプラインを実行します。Vertex AI Pipelines はまた、パイプライン実行のサービスアカウントを使用して、パイプラインの Google Cloud リソースへのアクセスも承認します。Compute Engine のデフォルトのサービスアカウントには、プロジェクト編集者のロールがデフォルトで付与されています。これにより、パイプラインに対して、Google Cloud プロジェクト内の Google Cloud リソースへの過剰なアクセス権が付与されることがあります。

パイプラインを実行するサービスアカウントを作成し、パイプラインの実行に必要な Google Cloud リソースに対するきめ細かな権限をアカウントに付与することをおすすめします。

Identity and Access Management を使用してサービスアカウントを作成し、サービスアカウントに付与したアクセス権を管理する方法を確認してください。

パイプラインを最新の状態に保つ

パイプラインの構築と実行に使用する SDK クライアントとコンテナイメージは、セキュリティの脆弱性に対するパッチの適用と新しい機能の追加のために定期的に新しいバージョンに更新されます。パイプラインを最新バージョンで最新の状態に保つために、以下の作業を行うことをおすすめします。

Vertex AI フレームワークのサポートポリシーと、サポートされているフレームワークのリストを確認する。
Vertex AI リリースノートと、使用する SDK（Kubeflow Pipelines SDK、Google Cloud パイプラインコンポーネント SDK、TensorFlow Extended SDK のいずれか）の PyPi.org RSS フィードに登録して、新しいリリースを把握する。
セキュリティの脆弱性があるコンテナを参照するパイプラインテンプレートまたは定義が存在する場合は、次のことを行う。
1. パッチが適用された最新のバージョンの SDK をインストールする。
2. パイプラインテンプレートまたは定義を再ビルドおよび再コンパイルする。
3. テンプレートまたは定義を Artifact Registry または Cloud Storage に再アップロードする。

次のステップ

Vertex AI Pipelines の概要で ML ワークフローのオーケストレーション方法を学習する。
パイプラインを実行する方法を学習する。
パイプライン実行の結果を可視化して分析する。