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深度解讀華為云ModelArts90天性能翻倍的秘密

--斯坦福DAWNBench榜單雙冠煉成記

2019-05-16 09:18:37   作者:   來源:CTI論壇   評論:0  點(diǎn)擊:


  3月19日,華為云ModelArts 一站式AI開發(fā)平臺在斯坦福大學(xué)發(fā)布的DAWNBench 榜單中,分別獲得圖像識別總訓(xùn)練時(shí)間和推理性能榜單的冠軍。
  普惠AI開發(fā)平臺ModelArts,模型訓(xùn)練速度世界第一
  此次華為云 ModelArts 將訓(xùn)練時(shí)間縮短至4分8秒,比3個(gè)月前榜單公布的紀(jì)錄足足快了一倍。而此前幾次 DAWNBench 圖像識別訓(xùn)練的最佳紀(jì)錄也均由華為云 ModelArts 創(chuàng)造。
  那么,勢頭強(qiáng)勁的華為云 ModelArts 究竟有何超能力?它如何在高手如云的基準(zhǔn)測試中,僅用短短3個(gè)月便打破自己的紀(jì)錄?它又分別對訓(xùn)練和推理做了哪些優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)如此出色的性能?新發(fā)布的AI市場又為 AI 開發(fā)者們帶來了哪些便利?
  捧走訓(xùn)練推理雙料冠軍
  比此前最高訓(xùn)練紀(jì)錄快1倍
  斯坦福 DAWNBench 榜單是用以衡量端到端的深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和推理性能的國際權(quán)威基準(zhǔn)測試平臺,相應(yīng)的排行榜反映了當(dāng)前業(yè)界深度學(xué)習(xí)平臺技術(shù)的領(lǐng)先性。
  該榜單最新的圖像識別排行榜顯示,在訓(xùn)練性能方面,華為云 ModelArts 用128塊 V100 GPU,在 ResNet50_on_ImageNet(93%以上精度)上訓(xùn)練模型,訓(xùn)練時(shí)間僅為4分08秒,較其2018年12月創(chuàng)下的9分22秒紀(jì)錄快了1倍,比此前 fast.ai 在 AWS 平臺上的訓(xùn)練速度快4倍。
  斯坦福大學(xué)DAWNbench訓(xùn)練時(shí)間榜單
  在推理性能方面,華為云 ModelArts 識別圖片的速度是第二名的1.72倍、亞馬遜的4倍、谷歌的9.1倍。
  斯坦福大學(xué)DAWNbench推理性能榜單
  華為云 ModelArts 是如何做到在國際權(quán)威深度學(xué)習(xí)模型基準(zhǔn)平臺上表現(xiàn)出色,并在短短3個(gè)月的時(shí)間打破自己創(chuàng)造的紀(jì)錄?
  這就要?dú)w功于 ModelArts 團(tuán)隊(duì)從訓(xùn)練和推理兩大部分著手,包括高性能分布式模型訓(xùn)練和極速推理技術(shù)在內(nèi)的一系列優(yōu)化。
  優(yōu)化訓(xùn)練的三大維度:
  網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、框架和算法
  在訓(xùn)練方面,華為云 ModelArts 團(tuán)隊(duì)主要從深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分布式訓(xùn)練框架、深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法三個(gè)維度展開優(yōu)化。
  1、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
  本次使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是基于經(jīng)典的 ResNet50 結(jié)構(gòu)。由于在訓(xùn)練中使用了 128*128 的低分辨率輸入圖片來提升訓(xùn)練的速度,對訓(xùn)練精度產(chǎn)生了一定影響,原始模型無法在維持訓(xùn)練 epoch 數(shù)的情況下將模型訓(xùn)練到指定的 top5 93% 精度。
  為此,ModelArts 團(tuán)隊(duì)對 ResNet50 中的卷積結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,從而在低分辨率訓(xùn)練模式下也能夠穩(wěn)定達(dá)到目標(biāo)精度。
  2、分布式訓(xùn)練框架優(yōu)化
  深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程涉及大規(guī)模的參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)間傳遞。TensorFlow 使用中心化的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)服務(wù)器(Parameter Server)來承擔(dān)梯度的收集、平均和分發(fā)工作,對 server 節(jié)點(diǎn)的訪問會成為瓶頸,帶寬利用率低。為此 ModelArts 團(tuán)隊(duì)使用 AllReduce 算法來進(jìn)行梯度聚合來優(yōu)化帶寬。
  同時(shí)對傳輸?shù)奶荻冗M(jìn)行融合,對小于閾值大小的梯度多次傳輸合并為一次,提升帶寬利用率;另外在通信底層采用 NVIDIA 的 NvLink、P2P 等技術(shù)來提升節(jié)點(diǎn)內(nèi)和節(jié)點(diǎn)間通信帶寬,降低通信時(shí)延。
  3、深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法優(yōu)化
  在本次的訓(xùn)練過程中使用的分布式全局 batch size 為32768,這樣的超大 batch size 提升了訓(xùn)練的并行度,但也導(dǎo)致了收斂精度降低的問題。為此 ModelArts 團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)《Large Batch Training of Convolutional Networks》中提出的層次自適應(yīng)速率縮放(LARS)算法,在全局學(xué)習(xí)率調(diào)度方面,使用了帶 warmup 的 linear cosine decay scheduler,訓(xùn)練優(yōu)化器則采用 momentum 算法。
  在本次提交的訓(xùn)練結(jié)果中,ModelArts 僅用了35個(gè) epoch 即將模型訓(xùn)練到了指定精度,并在全程除了最后一個(gè) epoch 外均保持在32K的大 batch size 下,最終用時(shí)4分08秒,比之前的成績再次提升了一倍。
  優(yōu)化推理的三大維度:
  網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、量化與剪枝
  在推理方面,ModelArts 團(tuán)隊(duì)從以下三個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化:1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化2. Int8 量化3. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)卷積通道剪枝。
  1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
  在推理中同樣采用了 ResNet50 模型,并且是推理效率更優(yōu)的 ResNet50-v1 版本。在此模型的基礎(chǔ)上將降采樣提前并使用了信息損失更小的降采樣方法,既提升了推理速度,又獲得了更高的模型精度。
  2、Int8 量化
  低比特量化是提升推理性能的一種主要手段,其中 int8 量化方法的通用性強(qiáng)且對模型精度的損失小。在量化的過程中先加載原始模型,再對原始模型創(chuàng)建對應(yīng)的 int8 量化模型,然后提取訓(xùn)練中典型樣本對量化模型進(jìn)行校準(zhǔn),最后基于校準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生優(yōu)化后的 int8 模型。
  在此量化中模型的推理精度僅損失了0.15%,而模型的推理速度提升了2倍以上。
  3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)卷積通道剪枝
  研究表明網(wǎng)絡(luò)中很多連接都是接近0或者冗余的,對這些參數(shù)進(jìn)行剔除對精度影響相對較小。模型剪枝方法包含結(jié)構(gòu)剪枝和非結(jié)構(gòu)剪枝。非結(jié)構(gòu)化剪枝設(shè)定一個(gè)閾值,當(dāng)權(quán)重低于這個(gè)閾值時(shí)候會被設(shè)置為0,不再更新。
  這個(gè)方法使得模型連接變得稀疏,但是由于這些連接分散在各個(gè)權(quán)重里,而由于 GPU 并不支持稀疏矩陣卷積和乘法加速,因此并不能有效提升推理速度。
  結(jié)構(gòu)化剪枝主要使用的方法是卷積通道剪枝,即通過一些方法評估神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)卷積核的影響系數(shù),然后將其中影響系數(shù)較低的卷積核整體去掉,而使得整個(gè)模型變小,推理速度提升。
  不知道如何使用華為云ModelArts?
  此前,我們曾詳述華為云 ModelArts 平臺的四大亮點(diǎn)和操作流程。ModelArts 有開源數(shù)據(jù)集、自動化調(diào)參、MoXing 分布式框架和千級 GPU 集群規(guī)模訓(xùn)練加速、云邊端一鍵式部署等 buff 加成,這一平臺的上手門檻非常低,從零編程經(jīng)驗(yàn)的小白,到高階算法工程師,都能借助這一平臺更快更好地完成 AI 模型的訓(xùn)練和推理。(延伸閱讀:神奇!零基礎(chǔ)分分鐘玩轉(zhuǎn)AI,華為云ModelArts全體驗(yàn))
  如果你想快速了解華為云ModelArts,我們在前段時(shí)間也邀請到AI開發(fā)領(lǐng)域的專家為同學(xué)們答疑
  華為云正式發(fā)布國內(nèi)首個(gè)AI模型市場
  為了近一步拉進(jìn)ModelArts 平臺與開發(fā)者的距離,3月21日,華為云在華為中國生態(tài)伙伴大會上正式發(fā)布華為云 AI 市場。這個(gè)在華為云 ModelArts 平臺基礎(chǔ)上構(gòu)建的開發(fā)者生態(tài)社區(qū),為高校、企業(yè)及個(gè)人開發(fā)者等群體提供安全開放、公平可靠的 AI 模型、API、數(shù)據(jù)集以及競賽案例等內(nèi)容共享和交易。
  華為副總裁、云 BU 總裁鄭葉來
  攜手廣聯(lián)達(dá)副總裁王鵬翊現(xiàn)場發(fā)布華為云AI 市場
  從高?蒲袡C(jī)構(gòu)、AI應(yīng)用開發(fā)商、解決方案集成商、企業(yè)到個(gè)人開發(fā)者,這些 AI 開發(fā)生態(tài)鏈各參與方均被有效連接,AI 市場不僅幫助他們加速 AI 產(chǎn)品開發(fā)和落地,而且確保共享及交易環(huán)境足夠安全、開放。
  華為云 AI 市場
  華為云 AI 市場中的 AI 模型市場,這也是國內(nèi)首個(gè)提供發(fā)布及訂閱 AI 模型服務(wù)的平臺。AI 模型市場的主要功能是發(fā)布和訂閱 AI 模型,通過市場中間人機(jī)制及 ModelArts 平臺,保證買賣雙方模型和數(shù)據(jù)安全。
  文末福利!
  華為云 ModelArts 平臺于今年1月30日正式上線,同時(shí)ModelArts的 P100 訓(xùn)練GPU3月29號開始全網(wǎng)打折優(yōu)惠,優(yōu)惠幅度達(dá) 58%。掃描下方二維碼,快來體驗(yàn)吧!
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