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图像分类模型自动压缩示例

目录：

1. 简介

本示例将以图像分类模型MobileNetV1为例，介绍如何使用PaddleClas中Inference部署模型进行自动压缩。本示例使用的自动压缩策略为量化训练和蒸馏。

2. Benchmark

PaddleClas模型

模型 策略 Top-1 Acc GPU 耗时(ms) ARM CPU 耗时(ms) 配置文件 Inference模型
MobileNetV1 Baseline 70.90 - 33.15 - Model
MobileNetV1 量化+蒸馏 70.57 - 13.64 Config Model
ResNet50_vd Baseline 79.12 3.19 - - Model
ResNet50_vd 量化+蒸馏 78.74 0.92 - Config Model
ShuffleNetV2_x1_0 Baseline 68.65 - 10.43 - Model
ShuffleNetV2_x1_0 量化+蒸馏 68.32 - 5.51 Config Model
SqueezeNet1_0 Baseline 59.60 - 35.98 - Model
SqueezeNet1_0 量化+蒸馏 59.45 - 16.96 Config Model
PPLCNetV2_base Baseline 76.86 - 36.50 - Model
PPLCNetV2_base 量化+蒸馏 76.39 - 15.79 Config Model
PPHGNet_tiny Baseline 79.59 2.82 - - Model
PPHGNet_tiny 量化+蒸馏 78.86 0.98 - Config Model
InceptionV3 Baseline 79.14 4.79 - - Model
InceptionV3 量化+蒸馏 78.32 1.47 - Config Model
EfficientNetB0 Baseline 77.02 1.95 - - Model
EfficientNetB0 量化+蒸馏 75.27 1.44 - Config Model
GhostNet_x1_0 Baseline 74.02 2.93 - - Model
GhostNet_x1_0 量化+蒸馏 72.62 1.03 - Config Model
MobileNetV3_large_x1_0 Baseline 75.32 - 16.62 - Model
MobileNetV3_large_x1_0 量化+蒸馏 74.04 - 9.85 Config Model
MobileNetV3_large_x1_0_ssld Baseline 78.96 - 16.62 - Model
MobileNetV3_large_x1_0_ssld 量化+蒸馏 77.17 - 9.85 Config Model
ViT_base_patch16_224 Baseline 81.89 367.17(batch_size=40) - - Model
ViT_base_patch16_224 量化+蒸馏 82.05 51.70(batch_size=40) - Config Model
  • ARM CPU 测试环境：SDM865(4xA77+4xA55)
  • Nvidia GPU 测试环境：
    • 硬件：NVIDIA Tesla T4 单卡
    • 软件：CUDA 11.2, cuDNN 8.0, TensorRT 8.4
    • 测试配置：batch_size: 1, image size: 224

3. 自动压缩流程

3.1 准备环境

  • python >= 3.6
  • PaddlePaddle >= 2.4 （可从Paddle官网下载安装）
  • PaddleSlim >= 2.4

安装paddlepaddle：

# CPU
pip install paddlepaddle==2.4.1
# GPU 以Ubuntu、CUDA 11.2为例
python -m pip install paddlepaddle-gpu==2.4.1.post112 -f https://www.paddlepaddle.org.cn/whl/linux/mkl/avx/stable.html

安装paddleslim：

pip install paddleslim

若使用run_ppclas.py脚本，需安装paddleclas：

git clone https://github.com/PaddlePaddle/PaddleClas.git -b release/2.5
cd PaddleClas
pip install --upgrade -r requirements.txt

3.2 准备数据集

本案例默认以ImageNet1k数据进行自动压缩实验，如数据集为非ImageNet1k格式数据， 请参考PaddleClas数据准备文档。将下载好的数据集放在当前目录下./ILSVRC2012。

3.3 准备预测模型

预测模型的格式为：model.pdmodel 和 model.pdiparams两个，带pdmodel的是模型文件，带pdiparams后缀的是权重文件。

注：其他像__model__和__params__分别对应model.pdmodel 和 model.pdiparams文件。

可在PaddleClas预训练模型库中直接获取Inference模型，具体可参考下方获取MobileNetV1模型示例：

wget https://paddle-imagenet-models-name.bj.bcebos.com/dygraph/inference/MobileNetV1_infer.tar
tar -xf MobileNetV1_infer.tar

也可根据PaddleClas文档导出Inference模型。

3.4 自动压缩并产出模型

蒸馏量化自动压缩示例通过run.py脚本启动，会使用接口 paddleslim.auto_compression.AutoCompression 对模型进行量化训练和蒸馏。配置config文件中模型路径、数据集路径、蒸馏、量化和训练等部分的参数，配置完成后便可开始自动压缩。

单卡启动

export CUDA_VISIBLE_DEVICES=0
python run.py --save_dir='./save_quant_mobilev1/' --config_path='./configs/MobileNetV1/qat_dis.yaml'

多卡启动

图像分类训练任务中往往包含大量训练数据，以ImageNet为例，ImageNet22k数据集中包含1400W张图像，如果使用单卡训练，会非常耗时，使用分布式训练可以达到几乎线性的加速比。

export CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1,2,3
python -m paddle.distributed.launch run.py --save_dir='./save_quant_mobilev1/' --config_path='./configs/MobileNetV1/qat_dis.yaml'

多卡训练指的是将训练任务按照一定方法拆分到多个训练节点完成数据读取、前向计算、反向梯度计算等过程，并将计算出的梯度上传至服务节点。服务节点在收到所有训练节点传来的梯度后，会将梯度聚合并更新参数。最后将参数发送给训练节点，开始新一轮的训练。多卡训练一轮训练能训练batch size * num gpus的数据，比如单卡的batch size为32，单轮训练的数据量即32，而四卡训练的batch size为32，单轮训练的数据量为128。

注意：

  • 参数设置：learning rate 与 batch size 呈线性关系，这里单卡 batch size 为32，对应的 learning rate 为0.015，那么如果 batch size 减小4倍改为8，learning rate 也需除以4；多卡时 batch size 为32，learning rate 需乘上卡数。所以改变 batch size 或改变训练卡数都需要对应修改 learning rate。

  • 如需要使用PaddleClas中的数据预处理和DataLoader，可以使用run_ppclas.py脚本启动，启动方式跟以上示例相同，但配置需要对其PaddleClas，可参考ViT配置文件。

4.预测部署

4.1 Paddle Inference 验证性能

量化模型在GPU上可以使用TensorRT进行加速，在CPU上可以使用MKLDNN进行加速。

以下字段用于配置预测参数：

参数名 含义
model_path inference 模型文件所在目录，该目录下需要有文件 .pdmodel 和 .pdiparams 两个文件
model_filename inference_model_dir文件夹下的模型文件名称
params_filename inference_model_dir文件夹下的参数文件名称
data_path 数据集路径
batch_size 预测一个batch的大小
image_size 输入图像的大小
use_gpu 是否使用 GPU 预测
use_trt 是否使用 TesorRT 预测引擎
use_mkldnn 是否启用MKL-DNN加速库，注意use_mkldnn与use_gpu同时为True时，将忽略use_mkldnn，而使用GPU预测
cpu_num_threads CPU预测时，使用CPU线程数量，默认10
use_fp16 使用TensorRT时，是否启用FP16
use_int8 是否启用INT8

注意：

  • 请注意模型的输入数据尺寸，如InceptionV3输入尺寸为299，部分模型需要修改参数：image_size

  • TensorRT预测：

环境配置：如果使用 TesorRT 预测引擎，需安装的是带有TensorRT的PaddlePaddle，使用以下指令查看本地cuda版本，并且在下载链接中下载对应cuda版本和对应python版本的PaddlePaddle安装包。

```shell
cat /usr/local/cuda/version.txt ### CUDA Version 10.2.89
### 10.2.89 为cuda版本号，可以根据这个版本号选择需要安装的带有TensorRT的PaddlePaddle安装包。
```

python paddle_inference_eval.py \
      --model_path=models/ResNet50_vd_QAT \
      --use_trt=True \
      --use_int8=True \
      --use_gpu=True \
      --data_path=./dataset/ILSVRC2012/
  • MKLDNN预测：
python paddle_inference_eval.py \
      --model_path=models/ResNet50_vd_QAT \
      --data_path=./dataset/ILSVRC2012/ \
      --cpu_num_threads=10 \
      --use_mkldnn=True \
      --use_int8=True

4.2 PaddleLite端侧部署

PaddleLite端侧部署可参考：

5.FAQ