We study the asynchronous stochastic gradient descent algorithm for distributed training over $n$ workers which have varying computation and communication frequency over time. In this algorithm, workers compute stochastic gradients in parallel at their own pace and return those to the server without any synchronization. Existing convergence rates of this algorithm for non-convex smooth objectives depend on the maximum gradient delay $\tau_{\max}$ and show that an $\epsilon$-stationary point is reached after $\mathcal{O}\!\left(\sigma^2\epsilon^{-2}+ \tau_{\max}\epsilon^{-1}\right)$ iterations, where $\sigma$ denotes the variance of stochastic gradients. In this work (i) we obtain a tighter convergence rate of $\mathcal{O}\!\left(\sigma^2\epsilon^{-2}+ \sqrt{\tau_{\max}\tau_{avg}}\epsilon^{-1}\right)$ without any change in the algorithm where $\tau_{avg}$ is the average delay, which can be significantly smaller than $\tau_{\max}$. We also provide (ii) a simple delay-adaptive learning rate scheme, under which asynchronous SGD achieves a convergence rate of $\mathcal{O}\!\left(\sigma^2\epsilon^{-2}+ \tau_{avg}\epsilon^{-1}\right)$, and does not require any extra hyperparameter tuning nor extra communications. Our result allows to show for the first time that asynchronous SGD is always faster than mini-batch SGD. In addition, (iii) we consider the case of heterogeneous functions motivated by federated learning applications and improve the convergence rate by proving a weaker dependence on the maximum delay compared to prior works. In particular, we show that the heterogeneity term in convergence rate is only affected by the average delay within each worker.


翻译:我们研究对长期计算频率和通信频率不同的美元工人进行分配培训的平整梯度梯度运算法。 在这个算法中, 工人会以自己的速度平行地计算随机梯度, 并将这些梯度返回服务器, 没有任何同步性。 非convex 平滑目标的现有算法趋同率取决于最大梯度延迟$\ tau{ { { ⁇ }! 显示在$\ mathcal{ { O}!\ left (sgma2\\ eepsilon} 固定点到达一个 美元以上的培训 。 left (\ gmax2\\\ eepslon} 2 ⁇ \\\\\\ t ⁇ \\ \ \ \ right) $ 。 在这个工程中, rqlation=====lational_\\\\\\\\ listal_ lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax laxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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