只需几个小操作，就能让transformer模型推理速度加3.5倍

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只需几个小操作，就能让transformer模型推理速度加3.5倍

2021 年 12 月 30 日 机器之心

机器之心报道

编辑：泽南

你在用 PyTorch 写 transformer 吗？请关注下这个项目。

大多数关于在生产中部署 Transformer 类模型的教程都是基于 PyTorch 和 FastAPI 构建的。两者都是很好的工具，但在推理方面的性能不是很好。

而如果你花费时间进行研究，可以在 ONNX Runtime 和 Triton 推理服务器上构建一些更好的东西。与普通 PyTorch 相比，推理速度通常会快 2 到 4 倍。

如果你想要在 GPU 上获得一流的性能，那么只有一种可能的组合：Nvidia TensorRT 和 Triton。与普通 PyTorch 相比，最终可以获得 5 倍的推理速度。有时它甚至能将推理速度提高 10 倍。

然而 TensorRT 并不是以简单易用著称的，对于 Transformer 模型更是如此，它需要使用特定的技巧。

然后，如果你花一些时间，你可以在 ONNX Runtime 和 Triton 推理服务器上构建一些东西。与普通 Pytorch 相比，你的推理速度通常会快 2 到 4 倍。

近日，Hugging Face 发布了一款名为 Infinity 的商业产品，可以以非常高的性能进行推理（与 PyTorch + FastAPI 部署相比，速度非常快）。不幸的是，根据该公司产品总监的说法，即使对于部署在一台机器上的单个模型，这也是一种付费产品，成本为 2 万美元（没有公开的具体规模信息）。

在 GitHub 上有一个项目 Transformer-deploy，它是一种基于企业级软件的开源替代版：

推理服务器：Nvidia Triton（它接受查询，传输给引擎，并添加对推理有用的功能，如动态批处理或多推理引擎调度）
推理引擎：Microsoft ONNX Runtime（用于 CPU 和 GPU 推理）和 Nvidia TensorRT（仅限 GPU）

我们似乎不费吹灰之力，就可以轻松匹敌极少数 HF Infinity 公共基准。

但事实上，现在仍然有机会进一步加快推理性能，AFAIK 尚未被任何其他 OSS 项目利用：对所有 Transformer 模型的 GPU 量化！

如下是对 Roberta-base、seq len 256、batch 32、MNLI 数据集的测试结果：

源代码：https://github.com/ELS-RD/transformer-deploy/blob/main/demo/quantization/quantization_end_to_end.ipynb
项目 GitHub：https://github.com/ELS-RD/transformer-deploy

执行 GPU 量化需要修改模型源代码（在矩阵乘法等代价高昂的操作上添加一些称为 QDQ 的特定节点），这既容易出错，又很枯燥，并且是件自己给自己挖坑的事。对此，项目作者已经为多个模型手动完成了这项工作。在作者看来，只需修补模型模块抽象语法树（也就是源代码）就可以自动完成这项工作。

从用户端看，在 GPU 上执行模型的基本量化看起来就像这样：

如基准测试结果所示，要获得比普通 PyTorch 快 4.5 倍的模型，在 MNLI 数据集上的准确率需要牺牲 0.4 个百分点，这在许多情况下是一个合理的权衡。如果不希望损失准确度，加速也可以降到 3.2 倍左右。当然，实际应用时的 trade-off 取决于模型、数据集等，但它给出了一个基本概念。与该项目的先前版本相比，这是一个很大的改进。

成倍加速的背后，transformer 的源代码被解析为 AST，像 matmul 或 LayerNorm 这样的算子被一个量化器包装，线性层被它们的量化版本替换，一些不支持的 TensorRT 算子被替换等等。然后还有一部分新的源代码替换。

作者表示，他们目前已经成功测试了 ALBERT、BERT（包括 miniLM）、DistilBERT、Roberta（包括 Camembert、XLM-R、DistilRoberta 等）、Electra 的推理。对于任何可以导出为 ONNX 格式的 transformer 模型，它应该都是开箱即用的，或者只需很少的努力。

关于 CPU 的推理、量化非常容易，且也是由 Transformer-deploy 项目支持的。但是在极端情况下，transformer 的性能会变得非常差（如没有批处理、非常短的序列和蒸馏模型时）。另外如使用基于上代英特尔 CPU 的实例，如 C6 或 M6，与像 Nvidia T4 这样的廉价 GPU 相比，在 AWS 上的性价比会很低。

综上所述，在 Transformer 推理上，除非你对慢速推理感到满意并采用小实例，否则并不推荐使用 CPU 推理。

参考链接：https://www.reddit.com/r/MachineLearning/comments/rr17f9/p_45_times_faster_hugging_face_transformer/