👍校准

量化中另外一个非常重要的概念:Calibration(校准) 对于一个训练好的模型,权重是固定的,所以可以通过一次计算就可以得到每一层的量化参数。 但是activation value(激活值)是根据输入的改变而改变的。所以需要通过类似于统计的方式去 寻找对于不同类型的输入的不同的dynamic range,这个过程叫做校准。

针对不同的输入,各层layer的input activation value都 会有不同的分布和取值。大数据集的差别比较大。我们需 要通过训练数据集中的一部分数据来尝试表征整个数据集 的分布。 这个小数据集就是calibration dataset。一般往往很小, 但需要尽量有整体的表征。

calibration的过程一般是在模型训练以后进行的,所以一般与PTQ搭配使用,整体的流程就是:

  • 在calibration dataset中做一次FP32的推理

  • 以histogram的形式去统计每一层的floating point的分布 ,(注意,因为activation value是per-tensor quantization) ,寻找能够表征当前层的floating point分布的scale 。

  • 这里会有几种不同的算法,比较常见的有

    • Minmax calibration

    • Entropy calibration

    • Percentile calibration

Minmax calibration

FP32->INT8的scale需要能够把FP32 中的最大最小值都给覆盖住。 如果floating point的分布比较离散, 各个区间下的分布都比较均匀, minmax是个不错的选择

然而,如果只是极个别数据分布在这种地方的话,会让dynamic range变得比较稀疏,不适合用minmax。

Entropy clibration

通过计算KL散度,寻找阈值,能够最小化量化前的 FP32的浮点数分布于INT8的量化后整 形分布 目前TensorRT使用默认的是Entropy calibration。一般来讲使用entropy calibration精度可以比较好

Percentile calibration

如上图所示,表示的是FP32中占据 99.99%的浮点数参与量化。这样可以 避免极个别特殊点(误差)参与量化,导出量化出现问题。 Percentile有99.9%, 99.99%, 99.999%等等。(不同分位数可能将准确率提升两个百分点,这里要多尝试)

如何选择calibration algorithm

如同quantization granularity对不同的情况会有不同的策略。calibration的算法 选择也会根据输入是activation value还是weights而改变。那么我们该如何选择呢?

calibration算法的选择,我们按照这个规律去选

  • weight的calibration,选用minmax

  • activation的calibration,选用entropy或者percentile

(左)固定activation values的精度,量化weights。(右)固定weights的精度,量化activation values 我们可以看出不同模型的量化选择上会有不同的策略。calibration的选择与模型架构相关

calibration dataset与batch size的关系

在使用calibration dateset中构建histogram是需要注意的一个点:calibration时的batch size会影响精度。 更准确来说会影响histogram的分布,这个跟TensorRT在构建浮点数的histogram的算法有关

https://github.com/NVIDIA/TensorRT/issues/774

上面的说法表明:在创建histogram直方图的时候,如果出现了大于当前histogram可以表示的最大值的时 候,TensorRT会直接平方当前histogram的最大值,来扩大存储空间

  • (思考)如果batchsize=1,最后一个batch的浮点数很大,那么最终的histogram会呈现什么形状?

  • (思考)如果batchsize=16,但每一个batch size的数据分布很均匀,histogram会呈现什么形状?

  • (思考)如果模型的鲁棒性很强,batchsize=1和batchsize=16/32/64/128的区别会有吗

  1. example

这时histogram的后半段很稀疏,甚至没有数据。在量化的时候会根据这个直方图来将 FP32转为INT8,很显然这块领域是多余的

  1. example

我们希望每一个batch里面的数据比较均匀, 让比较大的数据出现的时候,histogram的 范围已经能够表现它了。 e.g. 当2.4出现的时候,如果之前已经出现 过1.54,那么hisogram的range不需要改变。否则range的最大值会变成5.76 (总的来讲,calibratio的batch size越大越好,但不是绝对的)

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