В этом примере показано, как квантовать настраиваемые параметры в слоях свертки нейронной сети и исследовать поведение квантованной сети. В этом примере вы квантуете LogoNet нейронная сеть. Квантование помогает уменьшать требования к памяти глубокой нейронной сети путем квантования весов, смещений и активаций слоев сети к 8-битным масштабированным целочисленным типам данных. Использование MATLAB®, чтобы получить предсказание следует из целевого устройства.
Чтобы запустить этот пример, вам нужны продукты, перечисленные под FPGA в необходимых условиях рабочего процесса квантования.
Создайте файл в своей текущей рабочей директории под названием getLogoNetwork.m. Введите эти линии в файл:
function net = getLogoNetwork() data = getLogoData(); net = data.convnet; end function data = getLogoData() if ~isfile('LogoNet.mat') url = 'https://www.mathworks.com/supportfiles/gpucoder/cnn_models/logo_detection/LogoNet.mat'; websave('LogoNet.mat',url); end data = load('LogoNet.mat'); end
snet = getLogoNetwork();
snet =
SeriesNetwork with properties:
Layers: [22×1 nnet.cnn.layer.Layer]
InputNames: {'imageinput'}
OutputNames: {'classoutput'}Калибровочные данные используются, чтобы собрать динамические диапазоны весов и смещений в свертке и полносвязных слоях сети и динамические диапазоны активаций во всех слоях сети. Для лучших результатов квантования калибровочные данные должны быть представительными для входных параметров к сети.
Данные о валидации используются, чтобы протестировать сеть после квантования, чтобы изучить эффекты ограниченного диапазона и точность квантованных слоев свертки в сети.
В этом примере используйте изображения в logos_dataset набор данных. Задайте augmentedImageDatastore объект изменить размер данных для сети. Затем разделите данные в наборы данных калибровки и валидации.
curDir = pwd; newDir = fullfile(matlabroot,'examples','deeplearning_shared','data','logos_dataset.zip'); copyfile(newDir,curDir); unzip('logos_dataset.zip'); imageData = imageDatastore(fullfile(curDir,'logos_dataset'),... 'IncludeSubfolders',true,'FileExtensions','.JPG','LabelSource','foldernames'); [calibrationData, validationData] = splitEachLabel(imageData, 0.5,'randomized');
Создайте dlquantizer возразите и задайте сеть, чтобы квантовать.
dlQuantObj = dlquantizer(snet,'ExecutionEnvironment','FPGA');
Используйте calibrate функционируйте, чтобы осуществить сеть с демонстрационными входными параметрами и собрать информацию области значений. calibrate функционируйте осуществляет сеть и собирает динамические диапазоны весов и смещений в свертке и полносвязных слоях сети и динамические диапазоны активаций во всех слоях сети. Функция возвращает таблицу. Каждая строка таблицы содержит информацию об области значений для настраиваемого параметра оптимизированной сети.
dlQuantObj.calibrate(calibrationData)
ans =
Optimized Layer Name Network Layer Name Learnables / Activations MinValue MaxValue
____________________________ __________________ ________________________ ___________ __________
{'conv_1_Weights' } {'conv_1' } "Weights" -0.048978 0.039352
{'conv_1_Bias' } {'conv_1' } "Bias" 0.99996 1.0028
{'conv_2_Weights' } {'conv_2' } "Weights" -0.055518 0.061901
{'conv_2_Bias' } {'conv_2' } "Bias" -0.00061171 0.00227
{'conv_3_Weights' } {'conv_3' } "Weights" -0.045942 0.046927
{'conv_3_Bias' } {'conv_3' } "Bias" -0.0013998 0.0015218
{'conv_4_Weights' } {'conv_4' } "Weights" -0.045967 0.051
{'conv_4_Bias' } {'conv_4' } "Bias" -0.00164 0.0037892
{'fc_1_Weights' } {'fc_1' } "Weights" -0.051394 0.054344
{'fc_1_Bias' } {'fc_1' } "Bias" -0.00052319 0.00084454
{'fc_2_Weights' } {'fc_2' } "Weights" -0.05016 0.051557
{'fc_2_Bias' } {'fc_2' } "Bias" -0.0017564 0.0018502
{'fc_3_Weights' } {'fc_3' } "Weights" -0.050706 0.04678
{'fc_3_Bias' } {'fc_3' } "Bias" -0.02951 0.024855
{'imageinput' } {'imageinput'} "Activations" 0 255
{'imageinput_normalization'} {'imageinput'} "Activations" -139.34 198.72
Создайте целевой объект с пользовательским именем для вашего целевого устройства и интерфейса, чтобы соединить ваше целевое устройство к хосту - компьютеру. Интерфейсные опции являются JTAG и Ethernet. Создать целевой объект, введите:
hTarget = dlhdl.Target('Intel', 'Interface', 'JTAG');
Задайте метрическую функцию, чтобы использовать, чтобы сравнить поведение сети до и после квантования. Сохраните эту функцию в локальном файле.
function accuracy = hComputeAccuracy(predictionScores, net, dataStore) %% hComputeAccuracy test helper function computes model level accuracy statistics % Copyright 2020 The MathWorks, Inc. % Load ground truth groundTruth = dataStore.Labels; % Compare with predicted label with actual ground truth predictionError = {}; for idx=1:numel(groundTruth) [~, idy] = max(predictionScores(idx, :)); yActual = net.Layers(end).Classes(idy); predictionError{end+1} = (yActual == groundTruth(idx)); %#ok end % Sum all prediction errors. predictionError = [predictionError{:}]; accuracy = sum(predictionError)/numel(predictionError); end
dlQuantizationOptions ОбъектЗадайте метрическую функцию в dlquantizationOptions объект.
options = dlquantizationOptions('MetricFcn', ... {@(x)hComputeModelAccuracy(x, snet, validationData)},'Bitstream','arria10soc_int8',... 'Target',hTarget);
Чтобы скомпилировать и развернуть квантованную сеть, запустите validate функция dlquantizer объект. Используйте validate функция, чтобы квантовать настраиваемые параметры в слоях свертки сети и осуществить сеть. Эта функция использует выход функции компиляции, чтобы программировать плату FPGA при помощи файла программирования. Это также загружает сетевые веса и смещения. Развернуть функция проверяет на инструмент Куарта Intel и поддерживаемую версию инструмента. Это затем начинает программировать устройство FPGA при помощи файла SOF, сообщений о ходе выполнения отображений, и время, которое требуется, чтобы развернуть сеть. Функция использует метрическую функцию, заданную в dlquantizationOptions объект сравнить результаты сети до и после квантования.
prediction = dlQuantObj.validate(validationData,options);
offset_name offset_address allocated_space
_______________________ ______________ _________________
"InputDataOffset" "0x00000000" "48.0 MB"
"OutputResultOffset" "0x03000000" "4.0 MB"
"SystemBufferOffset" "0x03400000" "60.0 MB"
"InstructionDataOffset" "0x07000000" "8.0 MB"
"ConvWeightDataOffset" "0x07800000" "8.0 MB"
"FCWeightDataOffset" "0x08000000" "12.0 MB"
"EndOffset" "0x08c00000" "Total: 140.0 MB"
### Programming FPGA Bitstream using JTAG...
### Programming the FPGA bitstream has been completed successfully.
### Loading weights to Conv Processor.
### Conv Weights loaded. Current time is 16-Jul-2020 12:45:10
### Loading weights to FC Processor.
### FC Weights loaded. Current time is 16-Jul-2020 12:45:26
### Finished writing input activations.
### Running single input activations.
Deep Learning Processor Profiler Performance Results
LastLayerLatency(cycles) LastLayerLatency(seconds) FramesNum Total Latency Frames/s
------------- ------------- --------- --------- ---------
Network 13570959 0.09047 30 380609145 11.8
conv_module 12667786 0.08445
conv_1 3938907 0.02626
maxpool_1 1544560 0.01030
conv_2 2910954 0.01941
maxpool_2 577524 0.00385
conv_3 2552707 0.01702
maxpool_3 676542 0.00451
conv_4 455434 0.00304
maxpool_4 11251 0.00008
fc_module 903173 0.00602
fc_1 536164 0.00357
fc_2 342643 0.00228
fc_3 24364 0.00016
* The clock frequency of the DL processor is: 150MHz
### Finished writing input activations.
### Running single input activations.
Deep Learning Processor Profiler Performance Results
LastLayerLatency(cycles) LastLayerLatency(seconds) FramesNum Total Latency Frames/s
------------- ------------- --------- --------- ---------
Network 13570364 0.09047 30 380612682 11.8
conv_module 12667103 0.08445
conv_1 3939296 0.02626
maxpool_1 1544371 0.01030
conv_2 2910747 0.01940
maxpool_2 577654 0.00385
conv_3 2551829 0.01701
maxpool_3 676548 0.00451
conv_4 455396 0.00304
maxpool_4 11355 0.00008
fc_module 903261 0.00602
fc_1 536206 0.00357
fc_2 342688 0.00228
fc_3 24365 0.00016
* The clock frequency of the DL processor is: 150MHz
### Finished writing input activations.
### Running single input activations.
Deep Learning Processor Profiler Performance Results
LastLayerLatency(cycles) LastLayerLatency(seconds) FramesNum Total Latency Frames/s
------------- ------------- --------- --------- ---------
Network 13571561 0.09048 30 380608338 11.8
conv_module 12668340 0.08446
conv_1 3939070 0.02626
maxpool_1 1545327 0.01030
conv_2 2911061 0.01941
maxpool_2 577557 0.00385
conv_3 2552082 0.01701
maxpool_3 676506 0.00451
conv_4 455582 0.00304
maxpool_4 11248 0.00007
fc_module 903221 0.00602
fc_1 536167 0.00357
fc_2 342643 0.00228
fc_3 24409 0.00016
* The clock frequency of the DL processor is: 150MHz
### Finished writing input activations.
### Running single input activations.
Deep Learning Processor Profiler Performance Results
LastLayerLatency(cycles) LastLayerLatency(seconds) FramesNum Total Latency Frames/s
------------- ------------- --------- --------- ---------
Network 13569862 0.09047 30 380613327 11.8
conv_module 12666756 0.08445
conv_1 3939212 0.02626
maxpool_1 1543267 0.01029
conv_2 2911184 0.01941
maxpool_2 577275 0.00385
conv_3 2552868 0.01702
maxpool_3 676438 0.00451
conv_4 455353 0.00304
maxpool_4 11252 0.00008
fc_module 903106 0.00602
fc_1 536050 0.00357
fc_2 342645 0.00228
fc_3 24409 0.00016
* The clock frequency of the DL processor is: 150MHz
### Finished writing input activations.
### Running single input activations.
Deep Learning Processor Profiler Performance Results
LastLayerLatency(cycles) LastLayerLatency(seconds) FramesNum Total Latency Frames/s
------------- ------------- --------- --------- ---------
Network 13570823 0.09047 30 380619836 11.8
conv_module 12667607 0.08445
conv_1 3939074 0.02626
maxpool_1 1544519 0.01030
conv_2 2910636 0.01940
maxpool_2 577769 0.00385
conv_3 2551800 0.01701
maxpool_3 676795 0.00451
conv_4 455859 0.00304
maxpool_4 11248 0.00007
fc_module 903216 0.00602
fc_1 536165 0.00357
fc_2 342643 0.00228
fc_3 24406 0.00016
* The clock frequency of the DL processor is: 150MHz
offset_name offset_address allocated_space
_______________________ ______________ _________________
"InputDataOffset" "0x00000000" "48.0 MB"
"OutputResultOffset" "0x03000000" "4.0 MB"
"SystemBufferOffset" "0x03400000" "60.0 MB"
"InstructionDataOffset" "0x07000000" "8.0 MB"
"ConvWeightDataOffset" "0x07800000" "8.0 MB"
"FCWeightDataOffset" "0x08000000" "12.0 MB"
"EndOffset" "0x08c00000" "Total: 140.0 MB"
### FPGA bitstream programming has been skipped as the same bitstream is already loaded on the target FPGA.
### Deep learning network programming has been skipped as the same network is already loaded on the target FPGA.
### Finished writing input activations.
### Running single input activations.
Deep Learning Processor Profiler Performance Results
LastLayerLatency(cycles) LastLayerLatency(seconds) FramesNum Total Latency Frames/s
------------- ------------- --------- --------- ---------
Network 13572329 0.09048 10 127265075 11.8
conv_module 12669135 0.08446
conv_1 3939559 0.02626
maxpool_1 1545378 0.01030
conv_2 2911243 0.01941
maxpool_2 577422 0.00385
conv_3 2552064 0.01701
maxpool_3 676678 0.00451
conv_4 455657 0.00304
maxpool_4 11227 0.00007
fc_module 903194 0.00602
fc_1 536140 0.00357
fc_2 342688 0.00228
fc_3 24364 0.00016
* The clock frequency of the DL processor is: 150MHz
### Finished writing input activations.
### Running single input activations.
Deep Learning Processor Profiler Performance Results
LastLayerLatency(cycles) LastLayerLatency(seconds) FramesNum Total Latency Frames/s
------------- ------------- --------- --------- ---------
Network 13572527 0.09048 10 127266427 11.8
conv_module 12669266 0.08446
conv_1 3939776 0.02627
maxpool_1 1545632 0.01030
conv_2 2911169 0.01941
maxpool_2 577592 0.00385
conv_3 2551613 0.01701
maxpool_3 676811 0.00451
conv_4 455418 0.00304
maxpool_4 11348 0.00008
fc_module 903261 0.00602
fc_1 536205 0.00357
fc_2 342689 0.00228
fc_3 24365 0.00016
* The clock frequency of the DL processor is: 150MHzИсследуйте MetricResults.Result поле валидации выход, чтобы видеть эффективность квантованной сети.
prediction.MetricResults.Result
ans =
NetworkImplementation MetricOutput
_____________________ ____________
{'Floating-Point'} 0.9875
{'Quantized' } 0.9875
Исследуйте QuantizedNetworkFPS поле валидации выход, чтобы видеть эффективность кадров в секунду квантованной сети.
prediction.QuantizedNetworkFPS
ans = 11.8126