We consider centralized distributed optimization in the classical federated learning setup, where $n$ workers jointly find an $\varepsilon$-stationary point of an $L$-smooth, $d$-dimensional nonconvex function $f$, having access only to unbiased stochastic gradients with variance $σ^2$. Each worker requires at most $h$ seconds to compute a stochastic gradient, and the communication times from the server to the workers and from the workers to the server are $τ_{s}$ and $τ_{w}$ seconds per coordinate, respectively. One of the main motivations for distributed optimization is to achieve scalability with respect to $n$. For instance, it is well known that the distributed version of SGD has a variance-dependent runtime term $\frac{h σ^2 L Δ}{n \varepsilon^2},$ which improves with the number of workers $n,$ where $Δ= f(x^0) - f^*,$ and $x^0 \in R^d$ is the starting point. Similarly, using unbiased sparsification compressors, it is possible to reduce both the variance-dependent runtime term and the communication runtime term. However, once we account for the communication from the server to the workers $τ_{s}$, we prove that it becomes infeasible to design a method using unbiased random sparsification compressors that scales both the server-side communication runtime term $τ_{s} d \frac{L Δ}{\varepsilon}$ and the variance-dependent runtime term $\frac{h σ^2 L Δ}{\varepsilon^2},$ better than poly-logarithmically in $n$, even in the homogeneous (i.i.d.) case, where all workers access the same distribution. To establish this result, we construct a new "worst-case" function and develop a new lower bound framework that reduces the analysis to the concentration of a random sum, for which we prove a concentration bound. These results reveal fundamental limitations in scaling distributed optimization, even under the homogeneous assumption.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

移动边缘网络中联邦学习效率优化综述
专知会员服务
50+阅读 · 2022年7月9日
最新《图嵌入组合优化》综述论文,40页pdf
专知会员服务
35+阅读 · 2020年9月7日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
【数据中台】数据中台技术架构方案
产业智能官
15+阅读 · 2020年5月26日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
手把手教 | 深度学习库PyTorch(附代码)
数据派THU
27+阅读 · 2018年3月15日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 4月21日
VIP会员
最新内容
DeepSeek 版Claude Code,免费小白安装教程来了!
专知会员服务
7+阅读 · 5月5日
《美空军条令出版物 2-0:情报(2026版)》
专知会员服务
13+阅读 · 5月5日
帕兰提尔 Gotham:一个游戏规则改变器
专知会员服务
8+阅读 · 5月5日
【综述】 机器人学习中的世界模型:全面综述
专知会员服务
12+阅读 · 5月4日
伊朗的导弹-无人机行动及其对美国威慑的影响
相关VIP内容
移动边缘网络中联邦学习效率优化综述
专知会员服务
50+阅读 · 2022年7月9日
最新《图嵌入组合优化》综述论文,40页pdf
专知会员服务
35+阅读 · 2020年9月7日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
相关资讯
【数据中台】数据中台技术架构方案
产业智能官
15+阅读 · 2020年5月26日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
手把手教 | 深度学习库PyTorch(附代码)
数据派THU
27+阅读 · 2018年3月15日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员