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全球最大最干净的人脸公开训练集！

2020 年 11 月 5 日 计算机视觉life

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作者丨安翔君

来源丨格灵深瞳

编辑丨极市平台

代码和数据地址：

https://github.com/deepinsight/insightface/tree/master/recognition/partial_fc#glint360k

论文地址：

Partial FC: Training 10 Million Identities on a Single Machine

https://arxiv.org/abs/2010.05222

1 数据集的表现

学术界的测评比如IJB-C和megaface，利用该数据集很容易刷到SOTA，大家具体可以看论文，这里展示一下IFRT的结果，IFRT又称国产FRVT, IFRT测试集主要有不同肤色的素人构成，相比起IJB-C和megaface更具有模型的区分度。

InsightFace Recognition Test ( 国产FRVT):

相比起目前最好的训练集MS1MV3，Glint360K有十个点的提升。

2 数据集的规模

类别数目和图片数目比主流训练集加起来还要多。

Glint360K具有36w类别，和1700w张图片，不论在类别数还是图片数目，相比起MS1MV2都是大幅度的提升。

3 如何训练大规模的数据

人脸识别任务特点就是数据多，类别大，几百万几千万类别的数据集在大公司非常常见，例如2015年的时候，Google声称他们有800w类别的人脸训练集。训如此规模的数据时，很直接的方法就是混合并行，即backbone使用数据并行，分类层使用模型并行， ( 线性变换矩阵)分卡存储，这样优点有两个：1. 缓解了的存储压力。2. 将梯度的通信转换成了所有GPU的特征与局部分母的通信，大大降低了由于数据并行的带了的通信开销。

这种方法看似可以训练无限的类别(增加GPU的个数就好了)，感觉很完美，但是实际上大家在尝试更大规模，更多机器的时候，突然发现，怎么显存不够用了，好像增加类别数的同时增加机器，单个GPU的显存还在增长? 其实我们忽略了另外一个占据显存的张量：。

首先定义，其中为存储在每张GPU上的子矩阵，为经过集合通信收集到全局的特征，为特征的维度大小，为总的类别数，为GPU的个数，其中每块GPU中占用的显存为：

通过这个公式我们发现，更多的类别数，只要增加GPU的个数，就可以维持占用的显存不变，我们再看看，设每张卡上的批次大小为，则对于分类层的总批次大小为，每块GPU中占用的显存为：

我们发现，即使类别数和GPU的个数同时增长之后，占用的显存与总的批次大小相关，随着GPU个数的增加，占用的显存是持续增加的，设100w类别需要用一台8卡RTX2080Ti就够了，则1000w类别需要10台8卡RTX2080Ti，设特征维度为512，每张GPU的批次大小为64，则在训练1000w类别的任务时，每个GPU 占用的显存为的十倍，在这个例子中，混合并行解决了占用的显存，却增加了占用的显存。

4. Partial-FC

在人脸识别中，的作用为拉近特征与其相应"正类中心"的距离，对其他的"负类中心"则保持距离。这点其实和最近很火热的自监督表征学习非常类似，Moco通过队列保存更多的历史负样本，SimCLR则使用多机多卡，超大的batchsize来增加负样本的个数，我们发现SimCLR再很大batchsize的时候提升有限了，而再人脸识别中的大规模分类，每个特征的负类中心是所有的类中心，把这些负类中心减少一些是不是也能取到到一样的效果?

答案是肯定的，具体实现方式还是要结合混合并行一起做，我们的做法很简单，"正类必采，负类随机"，再采样类中心的时候，我们要保证正类中心一定是要必须采到的，所以首先会把正类中心都拿出来，其次会随机的采样一些负类中心，补齐到约定的采样率即可。再混合并行的实现中，数据会随机的出现再不同的GPU上，而它的"正类中心"则实现会根据其类别的按照顺序存放在一个固定的GPU上，则会出现样本和"正类中心"不再同一张GPU上的问题。这个解决方案其实也很简单：在我们实现混合并行的时候，不仅同步了每张卡的特征，同时也同步了每张卡标签，每张卡都有所有卡完整的特征和标签，假设总的批次大小为，则至多会有个正类中心随机分布再所有的GPU中，我们让每个正类中心所属的GPU将该正类采样出来即可，每张GPU正类采出来后，再随机用负类补齐到约定的采样率，这样是的每张GPU采样的到的类中心都是一样多的，实现负载均衡。后续的过程就就是分类层的模型并行部分了，需要注意的是，只有采样出来的类中心的权重和动量会更新。

5. 实验表现

性能方面：

我们在内部的业务和FRVT竞赛上都验证了这个方法，再学术界的测试集IJBC和Megaface上，使用Glint360K的Full softmax和10%采样会有着相当的结果。

效率方面：

在64块2080Ti，类别数1000w的实验条件下，Partial FC 的速度会是混合并行的3倍，占用的显存也会更低，并且最大支持的类别数也有了一个数量级的飞跃，成功训练起来了一亿id的分类任务。

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