【TVM 教程】在 CUDA 上部署量化模型

本文介绍如何用 TVM 自动量化（TVM 的一种量化方式）。有关 TVM 中量化的更多详细信息，参阅此处。本教程将在 ImageNet 上导入一个 GluonCV 预训练模型到 Relay，量化 Relay 模型，然后执行推理。

import tvm
from tvm import te
from tvm import relay
import mxnet as mx
from tvm.contrib.download import download_testdata
from mxnet import gluon
import logging
import os

batch_size = 1
model_name = "resnet18_v1"
target = "cuda"
dev = tvm.device(target)

准备数据集

以下演示如何为量化准备校准数据集，首先下载 ImageNet 的验证集，并对数据集进行预处理。

calibration_rec = download_testdata(
 "http://data.mxnet.io.s3-website-us-west-1.amazonaws.com/data/val_256_q90.rec",
 "val_256_q90.rec",
)

def get_val_data(num_workers=4):
    mean_rgb = [123.68, 116.779, 103.939]
    std_rgb = [58.393, 57.12, 57.375]

 def batch_fn(batch):
 return batch.data[0].asnumpy(), batch.label[0].asnumpy()

    img_size = 299 if model_name == "inceptionv3" else 224
    val_data = mx.io.ImageRecordIter(
        path_imgrec=calibration_rec,
        preprocess_threads=num_workers,
        shuffle=False,
        batch_size=batch_size,
        resize=256,
        data_shape=(3, img_size, img_size),
        mean_r=mean_rgb[0],
        mean_g=mean_rgb[1],
        mean_b=mean_rgb[2],
        std_r=std_rgb[0],
        std_g=std_rgb[1],
        std_b=std_rgb[2],
 )
 return val_data, batch_fn

把校准数据集（可迭代对象）定义为 Python 中的生成器对象，本教程仅用几个样本进行校准。

calibration_samples = 10

def calibrate_dataset():
    val_data, batch_fn = get_val_data()
    val_data.reset()
 for i, batch in enumerate(val_data):
 if i * batch_size >= calibration_samples:
 break
        data, _ = batch_fn(batch)
 yield {"data": data}

导入模型

用 Relay MxNet 前端从 Gluon 模型集合（model zoo）中导入模型。

def get_model():
    gluon_model = gluon.model_zoo.vision.get_model(model_name, pretrained=True)
    img_size = 299 if model_name == "inceptionv3" else 224
    data_shape = (batch_size, 3, img_size, img_size)
    mod, params = relay.frontend.from_mxnet(gluon_model, {"data": data_shape})
 return mod, params

量化模型

量化过程要找到每一层的每个权重和中间特征图（feature map）张量的 scale。

对于权重而言，scales 是根据权重的值直接计算出来的。支持两种模式：power2 和 max。这两种模式都是先找到权重张量内的最大值。在 power2 模式下，最大值向下舍入为 2 的幂。如果权重和中间特征图的 scale 都是 2 的幂，则可以利用移位（bit shifting）进行乘法运算，这使得计算效率更高。在 max 模式下，最大值用作 scale。如果不进行四舍五入，在某些情况下 max 模式可能具有更好的精度。当 scale 不是 2 的幂时，将使用定点乘法。

中间特征图可以通过数据感知量化来找到 scale。数据感知量化将校准数据集作为输入参数，通过最小化量化前后激活分布之间的 KL 散度来计算 scales。或者也可以用预定义的全局 scales，这样可以节省校准时间，但会影响准确性。

def quantize(mod, params, data_aware):
 if data_aware:
 with relay.quantize.qconfig(calibrate_mode="kl_divergence", weight_scale="max"):
            mod = relay.quantize.quantize(mod, params, dataset=calibrate_dataset())
 else:
 with relay.quantize.qconfig(calibrate_mode="global_scale", global_scale=8.0):
            mod = relay.quantize.quantize(mod, params)
 return mod

运行推理

创建一个 Relay VM 来构建和执行模型。

def run_inference(mod):
    model = relay.create_executor("vm", mod, dev, target).evaluate()
    val_data, batch_fn = get_val_data()
 for i, batch in enumerate(val_data):
        data, label = batch_fn(batch)
        prediction = model(data)
 if i > 10: # 本教程只对几个样本进行推理
 break

def main():
    mod, params = get_model()
    mod = quantize(mod, params, data_aware=True)
    run_inference(mod)

if __name__ == "__main__":
    main()

输出结果：

/workspace/python/tvm/driver/build_module.py:268: UserWarning: target_host parameter is going to be deprecated. Please pass in tvm.target.Target(target, host=target_host) instead.
 "target_host parameter is going to be deprecated. "
/workspace/python/tvm/relay/build_module.py:411: DeprecationWarning: Please use input parameter mod (tvm.IRModule) instead of deprecated parameter mod (tvm.relay.function.Function)
  DeprecationWarning,

脚本总运行时长： （1 分 22.338 秒）

下载 Python 源代码：deploy_quantized.py

下载 Jupyter Notebook：deploy_quantized.ipynb

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