深度學(xué)習(xí)模型如何縮小到可以放到微處理器呢?作為煉丹師,模型變的越來越復(fù)雜,模型大小也不斷增加.在工業(yè)場景下光訓(xùn)練數(shù)據(jù)就有幾百T,訓(xùn)練就要多機(jī)多卡并行跑數(shù)天.到底如何把這些模型部署在小型嵌入式設(shè)備的呢?

要理解我們?nèi)绾慰s小模型,就要先理解模型文件如何被壓縮.如下圖所示,一個(gè)常見的DNN模型由神經(jīng)元和它們之間的連接構(gòu)成,模型的大小主要就是由這些weights構(gòu)成.一個(gè)簡單的CNN都有上百萬的參數(shù),我們知道訓(xùn)練的時(shí)候,它們的dtype都是float32,一個(gè)float32占4個(gè)字節(jié),上百萬的參數(shù)往往就占據(jù)幾十兆的空間大小.幾十兆的模型?我們可能覺得這已經(jīng)很小了,但是一個(gè)微型處理器就只有256Kb的隨機(jī)存儲(chǔ)器.

為了把模型縮小到可以塞到這么小的處理器中,有以下幾個(gè)框架:

• AIMET from Qualcomm
• TensorFlow Lite from Google
• CoreML from Apple
• PyTorch Mobile from Facebook

tensorflow提供一個(gè)python庫tensorflow_model_optimization,這個(gè)庫優(yōu)化模型的延遲,大小.直觀上,優(yōu)化模型大小,一個(gè)就是優(yōu)化參數(shù)的數(shù)量,另一個(gè)就是優(yōu)化每個(gè)參數(shù)的大小.主要的方式就是以下幾種.

Compression or Distillation

模型訓(xùn)練完成后,如何在準(zhǔn)確率可接受的情況下壓縮模型,最常見的方式就是剪枝和蒸餾.

剪枝-刪除對輸出影響較低或者可能會(huì)引起過擬合的weights,再剪枝后稀疏的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要重新被訓(xùn)練.蒸餾煉丹師都比較熟悉了,用小模型去學(xué)習(xí)打模型即可.

Quantisation

該方法用低精度的參數(shù)去學(xué)習(xí)一個(gè)同樣效果的模型,這種方式提升了模型的處理能力和效率.這種方法主要是把float壓縮到int8上,如下圖所示:

Quantisation Aware Training(QAT) 這個(gè)方式是在模型訓(xùn)練過程中使用量化,如下圖所示,該方法會(huì)帶來噪聲也會(huì)影響loss,所以學(xué)到的模型更加魯棒.

Post-Training Quantisation (PTQ) 該方法不用重訓(xùn)練模型,直接把float32量化到int8,這樣直接把模型大小降低了4倍,預(yù)估性能也提升了兩倍,精度也沒有顯著下降.

weight clustering 使用權(quán)重聚類/共享,降低了存儲(chǔ)參數(shù)的數(shù)量,該方法把一層的參數(shù)聚成N個(gè)類,并共享索引,舉例來說,如果我們把一層聚成8個(gè)類,每個(gè)參數(shù)都會(huì)只占3bit(2^3 = 8).從實(shí)驗(yàn)我們可以看到,使用該方法可以降低模型大小6倍,僅僅降低了0.6%的準(zhǔn)確率.我們還可以通過fine-tune聚類的中心點(diǎn),來提升模型精度.

Encoding

通過使用霍夫曼編碼對模型進(jìn)行壓縮,使用01編碼weights,把最常出現(xiàn)的權(quán)重用較少的bit去編碼,如下圖所示,我們有已經(jīng)被量化的權(quán)重矩陣:

每個(gè)權(quán)重占5bit(0~31),如果使用霍夫曼編碼,我們就會(huì)得到下面這顆樹:

17會(huì)被編碼成11,22編碼為001,可以看到權(quán)重通過編碼顯著被壓縮.

Compilation

剩下的就是工程上的優(yōu)化了,如使用C++,相較于python更快更省內(nèi)存.

參考文獻(xiàn)

1.https://github.com/quic/aimet

2.https://www.tensorflow.org/lite

3.https://developer.apple.com/documentation/coreml

4.https://pytorch.org/mobile/home/

5.https://medium.com/marionete/tinyml-models-whats-happening-behind-the-scenes-5e61d1555be9

"微"模型

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深度学习模型如何缩小到可以放到微处理器呢?的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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