什么？不用GPU也能加速你的YOLOv3深度學(xué)習(xí)模型

你還在為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型里的冗余信息煩惱嗎？

或者手上只有CPU，對(duì)一些只能用昂貴的GPU建立的深度學(xué)習(xí)模型“望眼欲穿”嗎？

最近，創(chuàng)業(yè)公司Neural Magic帶來(lái)了一種名叫新的稀疏化方法，可以幫你解決煩惱，讓你的深度學(xué)習(xí)模型效率“一節(jié)更比七節(jié)強(qiáng)”！

Neural Magic是專(zhuān)門(mén)研究深度學(xué)習(xí)的稀疏方法的公司，這次他們發(fā)布了教程：用recipe稀疏化YOLOv3。

聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)意思啊，讓我們來(lái)看看是怎么實(shí)現(xiàn)的~

稀疏化的YOLOv3

稀疏化的YOLOv3使用剪枝（prune）和量化（quantize）等算法，可以刪除神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的冗余信息。

這種稀疏化方法的好處可不少。

它的推斷速度更快，文件更小。

但是因?yàn)檫^(guò)程太復(fù)雜，涉及的超參數(shù)又太多，很多人都不太關(guān)心這種方法。

Neural Magic的ML團(tuán)隊(duì)針對(duì)必要的超參數(shù)和指令，創(chuàng)建了可以自主編碼的recipe。

各種不同條件下的recipe構(gòu)成了一種可以滿(mǎn)足客戶(hù)各類(lèi)需求的框架。

這樣就可以建立高度精確的pruned或pruned quantized的YOLOv3模型，從而簡(jiǎn)化流程。

那這種稀疏化方法的靈感來(lái)源是什么呢？

其實(shí)，Neural Magic 的 Deep Sparse（深度稀疏）架構(gòu)的主要靈感，是在產(chǎn)品硬件上模仿大腦的計(jì)算方式。

它通過(guò)利用 CPU 的大型快速緩存和大型內(nèi)存，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)稀疏性與通信局部性相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)效率提升。

教程概況

本教程目錄主要包括三大模塊：

創(chuàng)建一個(gè)預(yù)訓(xùn)練的模型

應(yīng)用Recipe

導(dǎo)出推理教程的這些recipe可以幫助用戶(hù)在Ultralytics強(qiáng)大的訓(xùn)練平臺(tái)上，使用稀疏深度學(xué)習(xí)的recipe驅(qū)動(dòng)的方法插入數(shù)據(jù)。

教程中列出的示例均在VOC數(shù)據(jù)集上執(zhí)行，所有結(jié)果也可通過(guò)“權(quán)重和偏差”項(xiàng)目公開(kāi)獲得（地址見(jiàn)參考鏈接4）。

調(diào)試結(jié)果展示

研究團(tuán)隊(duì)給出了稀疏YOLOv3目標(biāo)檢測(cè)模型在Deep Sparse引擎和PyTorch上的運(yùn)行情況。

這段視頻以波士頓著名地標(biāo)為特色，在Neural Magic的誕生地——MIT的校園取景。

同樣的條件下，在Deep Sparse引擎上比PyTorch上效率會(huì)更高。

遇到的常見(jiàn)問(wèn)題

如果用戶(hù)的硬件不支持量化網(wǎng)絡(luò)來(lái)推理加速，或者對(duì)完全恢復(fù)的要求非常高，官方建議使用pruned或pruned short 的recipe。

如果用戶(hù)的硬件可以支持量化網(wǎng)絡(luò)，如CPU 上的 VNNI 指令集，官方建議使用pruned quantized或pruned quantized short的recipe。

所以使用哪一種recipe，取決于用戶(hù)愿意花多長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以及對(duì)完全恢復(fù)的要求。

具體要比較這幾種recipe的話，可以參考下表。

網(wǎng)友：這個(gè)框架會(huì)比傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)框架pytorch好嗎？

既然給出了和pytorch的比較視頻，就有網(wǎng)友發(fā)問(wèn)了：

Neural Magic也使用python嗎？為什么一個(gè)比另一個(gè)快10倍以上？我不相信像pytorch這樣傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)框架不會(huì)得到優(yōu)化。兩種模型的實(shí)現(xiàn)是否相同？

公司官方人員也下場(chǎng)解釋了：

我們擁有專(zhuān)利技術(shù)，可以通過(guò)減少計(jì)算和內(nèi)存移動(dòng)來(lái)使稀疏網(wǎng)絡(luò)在CPU上更高效的運(yùn)行。

雖然傳統(tǒng)的ML框架也能很好地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而高效的訓(xùn)練過(guò)程。

但是，多加入一些優(yōu)化的推理，可以實(shí)現(xiàn)更多的性能，尤其是在CPU上更明顯。

看來(lái)，有了以上強(qiáng)大的YOLOv3 模型工具和教程，用戶(hù)就可以在CPU上，以最小化的占用空間和GPU的速度來(lái)運(yùn)行深度學(xué)習(xí)模型。

這樣有用的教程，你還在等什么？

希望教程能對(duì)大家有所幫助，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流訓(xùn)練模型經(jīng)驗(yàn)~

最后介紹一下Neural Magic，有興趣的朋友可以去了解一下。

Neural Magic是一家什么樣的公司？

Neural Magic成立在馬薩諸塞州的劍橋。

創(chuàng)始人Nir Shavit和Alexander Matveev在MIT繪制大腦中的神經(jīng)連接圖時(shí)，一直覺(jué)得GPU有許多限制。

因此他們停下來(lái)問(wèn)自己兩個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題：

為什么深度學(xué)習(xí)需要GPU等專(zhuān)用硬件？

有什么更好的方法嗎？

畢竟，人腦可以通過(guò)廣泛使用稀疏性來(lái)減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而不是添加FLOPS來(lái)匹配神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而滿(mǎn)足神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算需求。

基于這種觀察和多年的多核計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，他們采用了稀疏和量化深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，并使其能夠以GPU的速度或更高的速度在商用CPU上運(yùn)行。

這樣，數(shù)據(jù)科學(xué)家在模型設(shè)計(jì)和輸入大小上就不需要再做妥協(xié)，也沒(méi)必要用稀缺且昂貴的GPU資源。

Brian Stevens

Neural Magic的CEO，Red Hat和Google Cloud的前CTO。

Nir Shavit

Neural Magic聯(lián)合創(chuàng)始人。

麻省理工學(xué)院教授，他目前的研究涉及為多處理器設(shè)計(jì)可伸縮軟件的技術(shù)，尤其是多核計(jì)算機(jī)的并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

Alexander Matveev

Neural Magic首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人。

麻省理工學(xué)院前研究科學(xué)家，專(zhuān)門(mén)研究AI多核算法和系統(tǒng)。

參考鏈接：

［1］https://github.com/neuralmagic/sparseml/blob/main/integrations/ultralytics-yolov3/t2.utorials/sparsifying_yolov3_using_recipes.md

［2］https://neuralmagic.com/blog/sparsifying-yolov3-using-recipes-tutorial/

［3］https://arxiv.org/pdf/1804.02767.pdf

［4］https://wandb.ai/neuralmagic/yolov3-spp-lrelu-voc

編輯：jq