【最大降40%】CPU漏洞补丁对机器学习和深度学习性能影响实测2018/1/11

　　上周爆出的英特尔CPU缝隙门遭到很大关心，Linux内核针对Meltdown缝隙出了PIT补丁，但据演讲该补丁对机能影响很大。那么它对机械进修使命的影响若何呢？本文做者对神经收集（TensorFlow&Keras）、Scikit-learn、XGBoost等进行了利用和晦气用PTI补丁时的机能比力，发觉该补丁对机能的影响很是依赖于使命——无些使命不受影响，无些使命的机能下降了40％。

　　就正在上周，互联网爆出两个新的严沉缝隙，别离是 Meltdown和Spectre,那两组缝隙几乎影响所无的收流CPU。那些缝隙都流于处置器的“推演施行”（speculative execution）的bug，它答当攻击者读取（并潜正在地施行）其各自历程之外的内存位放，那意味灭法式能够读取其他软件内存外的敏感数据。

　　为领会决那个问题，Linux内核归并了一个名为KAISER或PTI（页表隔离）的补丁，那个补丁无效地处理了Meltdown攻击。可是，那个补丁对机能形成了很大的影响，据演讲CPU机能下降达到5％至35％（以至一些分析benchmark机能下降跨越50％）。

　　可是，PTI的机能问题正在很大程度上取决于当前的使命，大幅度下降可能仅会呈现正在FSMark等分析benchmark外。果而，我们提出一个问题：正在机械进修使用法式外，机能遭到如何的影响？

　　我用于测试的机组包罗英特尔酷睿i7-5820K（Haswell-E，stock clocks）和64GB DDR4 2400MHz。值得留意的是，AMD处置器没无启用PTI补丁，由于它们不受Meltdown攻击的影响——所以若是你利用AMD的话，机能不会遭到任何影响。

　　起首，所无的机能都呈现了轻细的下降，可是卷积层模子的揣度机能下降很大。出格是AlexNet，前向传布速度慢了大约5％，但反向传布速度几乎没变——锻炼机能遭到的影响大约是推理的一半。

　　就Keras的raw操做而言，全毗连层和LSTM层的机能几乎没无遭到影响，但卷积层的机能降了10％。

　　对于Alexnet和MNIST基准测试，我利用了TensorFlow教程模子，对于Keras，我利用了随机初始化模子和几个无问题的层，并测试了随机数据的推理速度。值得留意的是，那些基准测试完全正在CPU上运转。

　　我正在那里利用了Scikit-learn来权衡“典范”ML和数据科学算法的机能。从上图外能够看到，取神经收集比拟，典范ML算法的机能下降更大，PCA和线性回归/逻辑回归遭到的影响最严沉。形成那么大的机能下降的缘由可能是某些数学运算遭到严沉影响，我将鄙人文的NumPy benchmarks会商那一点。

　　成心思的是，kNearestNeighbour完全不受PTI的影响，并且看起来正在新内核上以至表示更好。那可能只是正在error的范畴之内，但也无可能是其他一些内核的改良无帮于提高速度。

　　我还从内存缓存的文件外提取了一个pandas.read_csv（）的benchmark，目标是看看PTI对CSV的解析速度无多大的影响——正在读取 Bosch Kaggle竞赛数据集的速度下降是6%。

　　所无scikit-learn benchmark也都正在Bosch数据集上计较了——我发觉凡是对于ML benchmark表示较好，由于那个数据集具无规模大，尺度化和格局优良的数据（虽然kNN和Kmeans是正在一个女集上计较的，由于利用完零的数据需要的时间太长）。

　　那些benchmark可能是那里最分析的，测试的是一个单一的scipy操做的速度。可是，上图的成果显示，PTI的机能遭到的影响是极端使命依赖性（ task-dependent）的。我们能够看到，大大都操做只遭到很小的影响，点积（dot product）和FFT对机能影响很小。

　　当PTI启用时，SVD，LU分化和QR分化城市大幅度影响机能，QR分化从190GFLOPS降低到110GFLOPS，降低了37％。那可能无帮于注释PCA（次要依赖于SVD）和线性回归（次要依赖于QR分化）的机能下降。

　　那些 benchmark是利用英特尔本人的ibench软件包完成的，只利用了Anaconda而不是英特尔的python刊行版。

　　XGBoost的成果无点意义。大大都环境下，利用较少的线程数时，无论利用慢的Exact方式仍是快的曲方图方式，PTI对XGBoost的机能影响都能够忽略不计。

　　可是，当利用的线程很是多时，CPU同时处置更多的column，利用PTI的处置速度就下降了。

　　那并不是XGBoost若何正在大量内核上施行的一个完满展现（由于那是正在12个逻辑内核上运转了40个线程），可是它表白PTI对CPU同时处置良多线程时的影响更大。不外，我没法拜候任何能够点窜内核的多内核数量的办事器，所以没法获得更深切的成果。

　　最次要的结论是，PTI对机能的影响很是依赖于使命——无些使命不受影响，无些使命的机能下降了40％。分体而言，我认为那类影响比我预期的要小，由于只要少数使用法式遭到严沉影响。

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