chapter 15 深度學習的硬體與方法

2021-09-23 18:54:24 字數 2441 閱讀 5634

目前cnn、rnn等神經網路已經有了長足的發展,但它由於結構太過複雜,導致體積、對算力的要求以及能耗都大幅提高。

在開始之前,先簡單了解下硬體的基礎知識:

(關於推斷的介紹,可見:

我的理解是,推斷可以理解為應用。在訓練好神經網路後,部署到裝置上後,裝置執行的過程,稱為推斷。)

一、剪枝(pruning)

去除掉權重較小的權重,然後重新訓練。如此迴圈直到準確率接近設定的紅線。實驗表明,這能夠有效地減少計算量。

有趣的是,nature的研究表明,人類也會經歷類似的過程:嬰兒的神經元數量大概是成年人的兩倍,要多出約500億個。

二、權值共享(weight sharing)

首先對原來的權重進行聚類,然後根據結果制定乙個聚類矩陣以及各個聚類的聚類中心向量,其值為各聚類權重和。這樣做的好處是,矩陣的單元資料就從32位變成了2位,節省了約16倍的儲存空間。

然後在得到梯度矩陣後,根據權重矩陣的分類結果對其進行分類並類內加和得到梯度向量,然後將其乘以學習率,並用權重矩陣減去它,得到新的權重中心向量。

如果我們將這兩種方法結合到一起,我們會發現,在不影響準確率的要求下,單個方法可以將模型壓縮到10%,而兩個方法同時用可以壓縮到3%。

使用哈夫曼編碼來用更短的數字表示更常出現的權重,用更長的數字來表示較少出現的權重。

在不影響準確率的要求下,這三種方法聯合使用可以降低10到49倍的模型複雜度。

先前的思想都是優化現有神經網路,那為什麼不在一開始就設計乙個精簡的神經網路呢?

基於這種思想,squeezenet誕生了:

如果對其進行之前提到的壓縮的話,效果會非常好:

三、量化(quantization)

五、二/三元權重神經網路(binary/ternary net)

在訓練時使用精確的權重,在推斷時將權重更換為±1和0。

六、winograd變換(winograd transformation)

它的思路很簡單:因為乘法是昂貴運算,加法是廉價運算,它的目標就是盡可能地使用加法來代替乘法運算。具體的做法可以看這篇文章:

*eie(efficient inference engine)

簡單來說,它的思想是跳過稀疏資料的權重和啟用值,以及使用近似的值來代替精確值。根據前面的研究,這對精確度幾乎沒有影響。

一、並行化(parallelization)

②模型並行:將模型切割,分給不同的執行緒或處理器處理,但是要注意切割部分。

③超引數並行:在不同的機器上調整學習效率和權值衰減,以達到粗略的並行。

二、fp16和fp32的混合精度訓練(mixed precision with fp16 and fp32)

三、模型精餾(model distillation)

使用一些不同的大型神經網路來教會小的神經網路學習,這有點像整合學習:

四、dsd :密-疏-密訓練(dense-sparse-dense training)

dsd簡單來說,就是在做了剪枝等簡化處理後,再次新增神經元間的連線並訓練。實驗表明這能提公升1%到4%的精確度。

一、gpu

普通的gpu的優勢就不提了,17年的時候英偉達發行了一款新的gpu稱為volta gpu,對深度學習來說,其尤為突出的特點是tensor core:

二、tpu(張量處理器,tensor processing unit)

tpu是google推出的專門用於加速tensorflow運算的處理器,其選擇了8bit的定點運算。

後來google又發行了雲tpu,不僅支援推斷,還支援訓練。

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