環弦歸一！島國花生農的神祕航線，與似曾相似的 Ring AllReduce 算法！
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緣起
某天，某島國上的花生農老G，因為體力漸衰、氣候異常、地緣政治...等因素，種出的花生品質越來越不穩定，於是邀了其他島上的A格斯先生、高手B爾、阿國兄，四人一起組了個互助會。
"我還帥得起來嗎..." 老G望著天，決定組個互助會
互助會規定，為了讓每位成員都能得到差不多品質的花生，每次收成季，四位成員不論品質如何，都要收成 K 公斤的花生，摻和在一起後再平分回給四個人，使得成員們能得到品質較為平均的花生。
例如，
若以 KG、KA、KB、K國，代表四個人收成的 K 公斤的花生，那麼根據互助會規定，將四份花生摻和後再平分，大家最後拿到的花生依然是 K 公斤，而每一份裡包含了：
(KG / 4) + (KA / 4) + (KB / 4)+ (K國 / 4)
也就是說，四位成員都拿到品質差不多的花生，每個人都貢獻了四分之一。
挫敗
了解了互助會規定後，四個人回到各自的島國上種花生，等待收成季時，再用貨輪運送花生。
收成了，貨輪載滿了花生，然而...
問題來了，
花生要運去誰的島？
誰幫忙將大家的花生摻和後再平分？
四個人都在自己的島上種花生
第一年，
他們決定統一將花生運去G島，由老G幫忙將大家的花生摻和再平分回給大家。
大家先用貨輪將花生運到G島，混和平分後再運回去
但這樣會有幾個問題，
- 港口一天只夠容納一進一出，多的船要等。
- 老G一人處理所有花生忙得半死，其他人卻只躺著等。
- 老G家需要一個夠大的倉庫，裝下所有人的花生。
塞港 準備噴爆
為了花生的品質，老G摸摸鼻子繼續。
第一天，第一艘貨輪卸貨，
第二天，第二艘貨輪卸貨，
第三天，第三艘貨輪卸貨。
(倉庫快爆了，老G火速處理完花生)
第四天，第一艘貨輪出發，
第五天，第二艘貨輪出發，
第六天，第三艘貨輪出發。
一共花了六天，
老G也快燃燒殆盡了。
註：島很近，先不考慮航行時間。
這方法執行了幾次之後，老G逐漸意識到問題。尤其是現在只有四個人，如果之後有更多人加入互助會，這個方法會造成自己巨大的負擔。
領悟
「既然其他人和他們的港口都閒閒沒事...」老G思緒一轉，做了個決定。
第二年開始，老G請大家收成後，先在自己島上將花生分平均成四份。
四個人都把花生分成四份，每份 四分之K 公斤。
第一天，
大家運送一份給下一個人，同時也會收到前一位運來的花生。港口一進一出，剛好滿載。
阿國疑惑：「我勒？」
老G：「你就從我後面進來。」
阿國：「那我進去囉，看我的... 阿 國 月工...」
「阿...可惡的抬樹蛙...」老G嬌喘一聲，無奈地收下了阿國運來的花生，儘管沒人聽得懂他們的對話。
第二天，
大家把前一天收到的 K/4 公斤花生，
加上自己的 K/4 公斤花生，
裝在一起共 (K + K) / 4 公斤的花生，運給下一個人。
同時也會收到前一位運來的花生。港口一進一出，剛好滿載。
第三天，
大家把前一天收到的 (K + K) / 4 公斤花生，
加上自己的 K/4 公斤花生，
裝在一起共 (K + K + K) / 4 公斤的花生，運給下一個人。
同時也會收到前一位運來的花生。港口一進一出，剛好滿載。
神奇的事發生了，就在大家收到花生時發現，已經拿到了四個人平均的花生！
每個人手上的花生都已經是：
(KG / 4) + (KA / 4) + (KB / 4)+ (K國 / 4)
而且只花了三天！
而且沒有人累慘！
而且沒有人需要準備超大倉庫！
四個人在各自的島上，拿著望遠鏡面面相覷，
「這...這是...」
接著突然興奮地一起大喊：
「環弦歸一！」
一個傳一個，形成環狀，大家同分擔港口負載、人力、倉庫大小
後記
坐在辦公室，正在看 PyTorch 官網上 Ring-Allreduce 的範例 的我，突然想起了這個島國花生農的故事...
四個島就是4片GPU，港口就是記憶體頻寬，
倉庫大小就是記憶體大小，人力就是算力資源。
而運送花生的順序，就是GPU交換、同步數據的順序。
原來如此，
「老G終究還是秀了一波啊。」
