dlquantizer

Квантуйте глубокую нейронную сеть к 8-битным масштабированным целочисленным типам данных

Описание

Используйте dlquantizer объект уменьшать требования к памяти глубокой нейронной сети путем квантования весов, смещений и активаций к 8-битным масштабированным целочисленным типам данных.

Создание

Описание

quantObj = dlquantizer(net) создает dlquantizer объект для заданной сети.

пример

quantObj = dlquantizer(net,Name,Value) создает dlquantizer объект для заданной сети, с дополнительными опциями, заданными одним или несколькими аргументами пары "имя-значение".

Используйте dlquantizer создать квантованную сеть для графического процессора, FPGA или развертывания центрального процессора. Чтобы узнать о продуктах, требуемых квантовать и развернуть нейронную сеть для глубокого обучения в графический процессор, FPGA или среда центрального процессора, видит Необходимые условия Рабочего процесса Квантования.

Входные параметры

развернуть все

Предварительно обученная нейронная сеть в виде DAGNetwork, SeriesNetwork, yolov2ObjectDetector (Computer Vision Toolbox) или ssdObjectDetector Объект (Computer Vision Toolbox).

Квантование yolov2ObjectDetector (Computer Vision Toolbox) и ssdObjectDetector Сети (Computer Vision Toolbox) требуют лицензии GPU Coder™.

Свойства

развернуть все

Предварительно обученная нейронная сеть в виде DAGNetwork, SeriesNetwork, yolov2ObjectDetector (Computer Vision Toolbox) или ssdObjectDetector Объект (Computer Vision Toolbox).

Задайте среду выполнения для квантованной сети. Когда этот параметр не задан, средой выполнения по умолчанию является графический процессор. Чтобы узнать о продуктах, требуемых квантовать и развернуть нейронную сеть для глубокого обучения в графический процессор, FPGA или среда центрального процессора, видит Необходимые условия Рабочего процесса Квантования.

Пример: 'ExecutionEnvironment', 'FPGA'

Включите или отключите рабочий процесс симуляции MATLAB. Когда этот параметр устанавливается на на, квантованная сеть проверена путем симуляции квантованной сети в MATLAB и сравнения одного результатов предсказания сети типа данных с симулированными сетевыми результатами предсказания.

Пример: 'Simulation'on

Функции объекта

calibrateСимулируйте и соберите области значений глубокой нейронной сети
validateКвантуйте и подтвердите глубокую нейронную сеть

Примеры

свернуть все

В этом примере показано, как квантовать настраиваемые параметры в слоях свертки нейронной сети для графического процессора и исследовать поведение квантованной сети. В этом примере вы квантуете squeezenet нейронную сеть после переобучения сети, чтобы классифицировать новые изображения согласно Обучать Нейронной сети для глубокого обучения, чтобы Классифицировать Новый пример Изображений. В этом примере память, требуемая для сети, уменьшается приблизительно на 75% посредством квантования, в то время как точность сети не затронута.

Загрузите предварительно обученную сеть. net выходная сеть Обучать Нейронной сети для глубокого обучения, чтобы Классифицировать Новый пример Изображений.

load net
net
net = 
  DAGNetwork with properties:

         Layers: [68×1 nnet.cnn.layer.Layer]
    Connections: [75×2 table]
     InputNames: {'data'}
    OutputNames: {'new_classoutput'}

Задайте данные о калибровке и валидации, чтобы использовать для квантования.

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 MerchData набор данных. Задайте augmentedImageDatastore объект изменить размер данных для сети. Затем разделите данные в наборы данных калибровки и валидации.

unzip('MerchData.zip');
imds = imageDatastore('MerchData', ...
    'IncludeSubfolders',true, ...
    'LabelSource','foldernames');
[calData, valData] = splitEachLabel(imds, 0.7, 'randomized');
aug_calData = augmentedImageDatastore([227 227], calData);
aug_valData = augmentedImageDatastore([227 227], valData);

Создайте dlquantizer возразите и задайте сеть, чтобы квантовать.

quantObj = dlquantizer(net);

Задайте метрическую функцию, чтобы использовать, чтобы сравнить поведение сети до и после квантования. Этот пример использует hComputeModelAccuracy метрическая функция.

function accuracy = hComputeModelAccuracy(predictionScores, net, dataStore)
%% Computes model-level accuracy statistics
    
    % Load ground truth
    tmp = readall(dataStore);
    groundTruth = tmp.response;
    
    % 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

Задайте метрическую функцию в dlquantizationOptions объект.

quantOpts = dlquantizationOptions('MetricFcn',{@(x)hComputeModelAccuracy(x, net, aug_valData)});

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.

calResults = calibrate(quantObj, aug_calData)
calResults=95×5 table
                   Optimized Layer Name                      Network Layer Name        Learnables / Activations    MinValue     MaxValue
    __________________________________________________    _________________________    ________________________    _________    ________

    {'conv1_relu_conv1_Weights'                      }    {'relu_conv1'           }           "Weights"             -0.91985     0.88489
    {'conv1_relu_conv1_Bias'                         }    {'relu_conv1'           }           "Bias"                -0.07925     0.26343
    {'fire2-squeeze1x1_fire2-relu_squeeze1x1_Weights'}    {'fire2-relu_squeeze1x1'}           "Weights"                -1.38      1.2477
    {'fire2-squeeze1x1_fire2-relu_squeeze1x1_Bias'   }    {'fire2-relu_squeeze1x1'}           "Bias"                -0.11641     0.24273
    {'fire2-expand1x1_fire2-relu_expand1x1_Weights'  }    {'fire2-relu_expand1x1' }           "Weights"              -0.7406     0.90982
    {'fire2-expand1x1_fire2-relu_expand1x1_Bias'     }    {'fire2-relu_expand1x1' }           "Bias"               -0.060056     0.14602
    {'fire2-expand3x3_fire2-relu_expand3x3_Weights'  }    {'fire2-relu_expand3x3' }           "Weights"             -0.74397     0.66905
    {'fire2-expand3x3_fire2-relu_expand3x3_Bias'     }    {'fire2-relu_expand3x3' }           "Bias"               -0.051778    0.074239
    {'fire3-squeeze1x1_fire3-relu_squeeze1x1_Weights'}    {'fire3-relu_squeeze1x1'}           "Weights"             -0.77198     0.68818
    {'fire3-squeeze1x1_fire3-relu_squeeze1x1_Bias'   }    {'fire3-relu_squeeze1x1'}           "Bias"                -0.10144     0.32676
    {'fire3-expand1x1_fire3-relu_expand1x1_Weights'  }    {'fire3-relu_expand1x1' }           "Weights"              -0.7213     0.97523
    {'fire3-expand1x1_fire3-relu_expand1x1_Bias'     }    {'fire3-relu_expand1x1' }           "Bias"               -0.067021     0.30422
    {'fire3-expand3x3_fire3-relu_expand3x3_Weights'  }    {'fire3-relu_expand3x3' }           "Weights"             -0.61274     0.77511
    {'fire3-expand3x3_fire3-relu_expand3x3_Bias'     }    {'fire3-relu_expand3x3' }           "Bias"               -0.053607      0.1033
    {'fire4-squeeze1x1_fire4-relu_squeeze1x1_Weights'}    {'fire4-relu_squeeze1x1'}           "Weights"             -0.74225      1.0891
    {'fire4-squeeze1x1_fire4-relu_squeeze1x1_Bias'   }    {'fire4-relu_squeeze1x1'}           "Bias"                -0.10885     0.13878
      ⋮

Используйте validate функция, чтобы квантовать настраиваемые параметры в слоях свертки сети и осуществить сеть. Функция использует метрическую функцию, заданную в dlquantizationOptions объект сравнить результаты сети до и после квантования.

valResults = validate(quantObj, aug_valData, quantOpts)
valResults = struct with fields:
       NumSamples: 20
    MetricResults: [1×1 struct]
       Statistics: [2×2 table]

Исследуйте валидацию выход, чтобы видеть эффективность квантованной сети.

valResults.MetricResults.Result
ans=2×2 table
    NetworkImplementation    MetricOutput
    _____________________    ____________

     {'Floating-Point'}           1      
     {'Quantized'     }           1      

valResults.Statistics
ans=2×2 table
    NetworkImplementation    LearnableParameterMemory(bytes)
    _____________________    _______________________________

     {'Floating-Point'}                2.9003e+06           
     {'Quantized'     }                7.3393e+05           

В этом примере память, требуемая для сети, уменьшалась приблизительно на 75% посредством квантования. Точность сети не затронута.

Веса, смещения и активации слоев свертки сети, заданной в объекте dlquantizer теперь, используют масштабируемые 8-битные целочисленные типы данных.

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.

Для дополнительных требований смотрите Необходимые условия 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

Загрузите предварительно обученную сеть.

snet = getLogoNetwork();
snet = 

  SeriesNetwork with properties:

         Layers: [22×1 nnet.cnn.layer.Layer]
     InputNames: {'imageinput'}
    OutputNames: {'classoutput'}

Задайте данные о калибровке и валидации, чтобы использовать для квантования.

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.

Этот пример использует 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 = hComputeModelAccuracy(predictionScores, net, dataStore)
%% hComputeModelAccuracy test helper function computes model level accuracy statistics

% Copyright 2020 The MathWorks, Inc.
    
    % Load ground truth 
    groundTruth = dataStore.Labels;
    
    % Compare predicted label with 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

Задайте 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 sof файла, 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: 150MHz

Исследуйте MetricResults.Result поле валидации выход, чтобы видеть эффективность квантованной сети.

validateOut = 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

Веса, смещения и активации слоев свертки сети заданы в dlquantizer возразите теперь используют масштабируемые 8-битные целочисленные типы данных.

Этот пример показывает вам, как импортировать dlquantizer объект от базового рабочего пространства в приложение Deep Network Quantizer. Это позволяет вам начинать квантование глубокой нейронной сети с помощью командной строки или приложения, и возобновлять работу позже в приложении.

Откройте приложение Deep Network Quantizer.

deepNetworkQuantizer

В приложении нажмите New и выберите Import dlquantizer object.

Deep Network Quantizer import dlquantizer object

В диалоговом окне выберите dlquantizer возразите, чтобы импортировать из базового рабочего пространства. В данном примере используйте quantObj то, что вы создаете в вышеупомянутом примере, Квантуют Нейронную сеть для Цели графического процессора.

Select a dlquantizer object to import

Приложение импортирует любые данные, содержавшиеся в dlquantizer объект, который был собран в командной строке. Эти данные могут включать сеть, чтобы квантовать, калибровочные данные, данные о валидации и калибровочная статистика.

Отображения приложения таблица, содержащая калибровочные данные, содержатся в импортированном dlquantizer объект, quantObj. Справа от таблицы, гистограмм отображений приложения динамических диапазонов параметров. Серые области гистограмм указывают на данные, которые не могут быть представлены квантованным представлением. Для получения дополнительной информации о том, как интерпретировать эти гистограммы, смотрите Квантование Глубоких нейронных сетей.

Deep Network Quantizer app

Чтобы исследовать поведение нейронной сети, которая квантовала слои свертки, используйте приложение Deep Network Quantizer. Этот пример квантует настраиваемые параметры слоев свертки LogoNet нейронная сеть.

В данном примере вам нужны продукты, перечисленные под FPGA в необходимых условиях рабочего процесса квантования.

Для дополнительных требований смотрите Необходимые условия Рабочего процесса Квантования.

Создайте файл в своей текущей рабочей папке под названием getLogoNetwork.m. В файле, введите:

function net = getLogoNetwork
 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');
    net  = data.convnet;
end

Загрузите предварительно обученную сеть.

snet = getLogoNetwork;
snet = 

  SeriesNetwork with properties:

         Layers: [22×1 nnet.cnn.layer.Layer]
     InputNames: {'imageinput'}
    OutputNames: {'classoutput'}

Задайте данные о калибровке и валидации, чтобы использовать для квантования.

Приложение использует калибровочные данные, чтобы осуществить сеть и собрать динамические диапазоны весов и смещений в свертке и полносвязных слоях сети. Приложение также осуществляет динамические диапазоны активаций во всех слоях сети LogoNet. Для лучших результатов квантования калибровочные данные должны быть представительными для входных параметров к сети LogoNet.

После квантования приложение использует набор данных валидации, чтобы протестировать сеть, чтобы изучить эффекты ограниченного диапазона и точность квантованных настраиваемых параметров слоев свертки в сети.

В этом примере используйте изображения в logos_dataset набор данных, чтобы калибровать и проверить сеть LogoNet. Задайте augmentedImageDatastore объект изменить размер данных для сети. Затем разделите данные в наборы данных калибровки и валидации.

Ускорьте процесс калибровки и валидации при помощи подмножества calibrationData и validationData. Сохраните новый уменьшаемый калибровочный набор данных в calibrationData_concise и новый уменьшаемый набор данных валидации в validationData_concise.

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');
calibrationData_concise = calibrationData.subset(1:20);
validationData_concise = vaidationData.subset(1:1);

В командной строке MATLAB откройте приложение Deep Network Quantizer.

deepNetworkQuantizer

Нажмите New и выберите Quantize a network.

Приложение проверяет вашу среду выполнения.

Выберите среду выполнения и сеть, чтобы квантовать от базового рабочего пространства. В данном примере выберите среду выполнения FPGA и серийную сеть snet.

Select a network and execution environment

Отображения приложения график слоев выбранной сети.

В разделе Calibrate панели инструментов приложения, под Calibration Data, выбирают augmentedImageDatastore объект от базового рабочего пространства, содержащего калибровочные данные calibrationData_concise.

Нажмите Calibrate.

Приложение Deep Network Quantizer использует калибровочные данные, чтобы осуществить сеть и собрать информацию области значений для настраиваемых параметров в слоях сети.

Когда калибровка завершена, отображения приложения таблица, содержащая веса и смещения в свертке и полносвязных слоях сети. Также отображенный динамические диапазоны активаций во всех слоях сети и их минимальных и максимальных значений во время калибровки. Гистограммы отображений приложения динамических диапазонов параметров. Серые области гистограмм указывают на данные, которые не могут быть представлены квантованным представлением. Для получения дополнительной информации о том, как интерпретировать эти гистограммы, смотрите Квантование Глубоких нейронных сетей.

Deep Network Quantizer calibration

В столбце Quantize таблицы укажите, квантовать ли настраиваемые параметры в слое. Вы не можете квантовать слои, которые не являются слоями свертки. Слои, которые не квантуются, остаются в с одинарной точностью.

В разделе Validate панели инструментов приложения, под Validation Data, выбирают augmentedImageDatastore объект от базового рабочего пространства, содержащего данные о валидации validationData_concise.

В разделе Hardware Settings панели инструментов выберите из перечисленных в таблице опций:

Среда симуляцииДействие
MATLAB (Симулируют в MATLAB),Симулирует квантованную сеть в MATLAB. Проверяет квантованную сеть путем сравнения эффективности с версией с одинарной точностью сети.
Intel Arria 10 SoC (arria10soc_int8)

Развертывает квантованную сеть в Intel® Arria® 10 плат SoC при помощи arria10soc_int8 поток битов. Проверяет квантованную сеть путем сравнения эффективности с версией с одинарной точностью сети.

Xilinx ZCU102 (zcu102_int8)

Развертывает квантованную сеть в Xilinx® Zynq® Плата UltraScale +™ MPSoC ZCU102 10 SoC при помощи zcu102_int8 поток битов. Проверяет квантованную сеть путем сравнения эффективности с версией с одинарной точностью сети.

Xilinx ZC706 (zc706_int8)

Развертывает квантованную сеть в плату Xilinx Zynq-7000 ZC706 при помощи zc706_int8 поток битов. Проверяет квантованную сеть путем сравнения эффективности с версией с одинарной точностью сети.

Когда вы выбираете Intel Arria 10 SoC (arria10soc_int8), Xilinx ZCU102 (zcu102_int8), или Xilinx ZC706 (zc706_int8) опции, выберите интерфейс, чтобы использовать, чтобы развернуть и проверить квантованную сеть. Опции интерфейса Target перечислены в этой таблице.

Целевая опцияДействие
JTAGПрограммирует целевую плату FPGA, выбранную в Среде симуляции при помощи кабеля JTAG. Для получения дополнительной информации см. Связь JTAG (Deep Learning HDL Toolbox)
EthernetПрограммирует целевую плату FPGA, выбранную в Среде симуляции через интерфейс Ethernet. Задайте IP-адрес для своей требуемой платы в IP Address.

В данном примере выберите Xilinx ZCU102 (zcu102_int8), выберите Ethernet и введите IP-адрес платы.

Deep Network Quantizer Hardware Settings

В разделе Validate панели инструментов приложения, под Quantization Options, выбирают метрическую функцию Default.

Нажмите Quantize and Validate.

Приложение Deep Network Quantizer квантует веса, активации и смещения слоев свертки в сети к масштабированным 8-битным целочисленным типам данных и использует данные о валидации, чтобы осуществить сеть. Приложение определяет метрическую функцию, чтобы использовать для валидации на основе типа сети, которая квантуется.

Тип сетиМетрическая функция
Классификация

Лучшая 1 Точность – Точность сети

Обнаружение объектов

Средняя Точность – Средняя точность по всем результатам обнаружения. Смотрите evaluateDetectionPrecision (Computer Vision Toolbox).

Регрессия

MSE – Среднеквадратическая ошибка сети

Семантическая СегментацияevaluateSemanticSegmentation (Computer Vision Toolbox) – Оцените набор данных семантической сегментации против основной истины
Один детектор выстрела (SSD)

WeightedIOU – Средний IoU каждого класса, взвешенного количеством пикселей в том классе

Когда валидация завершена, отображения приложения результаты валидации, включая:

  • Метрическая функция используется для валидации

  • Результат метрической функции до и после квантования

Deep Network Quantizer validation

Если вы хотите использовать различную метрическую функцию для валидации, например, использовать Лучшие 5 метрических функций точности вместо Лучшей 1 метрической функции точности по умолчанию, можно задать пользовательскую метрическую функцию. Сохраните эту функцию в локальном файле.

function accuracy = hComputeAccuracy(predictionScores, net, dataStore)
%% Computes model-level accuracy statistics
    
    % Load ground truth
    tmp = readall(dataStore);
    groundTruth = tmp.response;
    
    % Compare predicted label with 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

Чтобы подтвердить сеть при помощи этой пользовательской метрической функции, под Quantization Options, вводят имя пользовательской метрической функции hComputeAccuracy. Выберите Add, чтобы добавить hComputeAccuracy к списку метрических функций, доступных в приложении. Выберите hComputeAccuracy как метрическая функция, чтобы использовать.

Пользовательская метрическая функция должна быть на пути. Если метрическая функция не находится на пути, этот шаг производит ошибку.

Deep Network Quantizer select custom metric function

Нажмите Quantize and Validate.

Приложение квантует сеть и отображает результаты валидации для пользовательской метрической функции.

Deep Network Quantizer validation with custom metric function

Отображения приложения только скалярные значения в таблице результатов валидации. Чтобы просмотреть результаты валидации для пользовательской метрической функции с нескалярным выходом, экспортируйте dlquantizer объект, затем проверьте квантованную сеть при помощи validate функция в окне команды MATLAB.

После квантования и проверения сети, можно принять решение экспортировать квантованную сеть.

Нажмите кнопку Export. В выпадающем списке выберите Export Quantizer создать dlquantizer объект в базовом рабочем пространстве. Можно развернуть квантованную сеть в целевую плату FPGA и получить результаты предсказания при помощи MATLAB. Смотрите, Разверните Квантованный Сетевой Пример (Deep Learning HDL Toolbox).

Введенный в R2020a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте