雖然推理加速器最初用于數(shù)據(jù)中心，但它們已經(jīng)迅速發(fā)展到應(yīng)用程序的邊緣推理，如自動(dòng)駕駛和醫(yī)學(xué)成像。通過(guò)這種轉(zhuǎn)變，客戶發(fā)現(xiàn)，同樣的加速器，在數(shù)據(jù)中心處理圖像很順利，但移到邊緣推斷方面卻顯得糟糕。其實(shí)原因很簡(jiǎn)單：一個(gè)處理數(shù)據(jù)池，而另一個(gè)處理的是數(shù)據(jù)流。

當(dāng)你在batch ＝ 1時(shí)進(jìn)行批處理時(shí)，池子里待處理的batch就會(huì)很多。在數(shù)據(jù)中心，客戶通常是數(shù)據(jù)的處理池，比如被標(biāo)記的照片。其目標(biāo)是用最少的資源和功耗以及最佳的延遲來(lái)處理盡可能多的照片。

另一方面，邊緣推斷應(yīng)用程序需要處理數(shù)據(jù)流。我們通常的相機(jī)每秒拍攝30幀，每幀通常是200萬(wàn)像素。通常情況下，每幅圖像需要33毫秒，每秒大約30幀。當(dāng)你有一個(gè)圖像從一個(gè)流進(jìn)來(lái)，它如何被處理取決于它需要做什么。

例如，使用推理進(jìn)行零售分析的商店可能會(huì)計(jì)算給定時(shí)間排隊(duì)的人數(shù)。在這個(gè)例子中，他們真的不需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的結(jié)果。然而，如果你駕駛一輛使用自動(dòng)駕駛功能的汽車，你只有毫秒來(lái)處理圖像，否則你可能會(huì)撞到人。雖然在這兩個(gè)例子中，相機(jī)每3毫秒生成1幀圖像，但使用的推理加速器非常不同。

讓我們看看數(shù)據(jù)流發(fā)生了什么。

首先，您需要清理圖像以去除諸如光線條紋之類的東西，然后應(yīng)用推理。當(dāng)推理完成后，您需要采取一個(gè)行動(dòng)，根據(jù)你正在處理的活動(dòng)，所有這些都需要在特定的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。如果你不需要幾個(gè)小時(shí)的結(jié)果，你可以對(duì)圖像進(jìn)行批處理。在這種情況下，延遲就無(wú)關(guān)緊要了。重要的是用最少的成本和能量處理最多的圖像。

最常犯的一個(gè)錯(cuò)誤就是在選擇邊緣推斷解決方案時(shí)沒(méi)有考慮延遲和流媒體吞吐量。比方說(shuō)，你有一臺(tái)每秒能處理30幀的推理加速器，另一臺(tái)每秒能處理15幀。

大多數(shù)人自然而然地認(rèn)為每秒30幀的解決方案更好——其實(shí)你錯(cuò)了。

每秒30幀的加速器可能會(huì)獲得比較可觀的吞吐量，原因是它有三個(gè)引擎，每個(gè)引擎都有不同的延遲。最典型的是英偉達(dá)Xavier推理加速器。Xavier的深度學(xué)習(xí)引擎處理圖像大約需要300毫秒，GPU大約需要90毫秒。如果客戶有兩個(gè)深度學(xué)習(xí)引擎＋GPU都在運(yùn)行，他們可能會(huì)在數(shù)據(jù)池中獲得顯著的吞吐量。

但是，如果它需要從數(shù)據(jù)流一次處理一個(gè)圖像，它就不能有效地使用深度學(xué)習(xí)引擎，吞吐量會(huì)顯著下降。在這種情況下，你需要觀察哪個(gè)執(zhí)行單元的延遲最短，即GPU的延遲為90毫秒。分割成1000毫秒就是每秒的幀數(shù)，這意味著這個(gè)吞吐量實(shí)際上只有每秒10幀（而不是宣傳的每秒30幀）。

x Logix購(gòu)買了一臺(tái)Xavier AGX，并將其配置為NX模式（該軟件測(cè)量芯片的功率，當(dāng)功率超過(guò)15W時(shí)，會(huì)調(diào)低芯片的時(shí)鐘，以防止芯片過(guò)熱）。

然后，我們通過(guò)Nvidia Xavier NX軟件流運(yùn)行三個(gè)模型（YOLOv3加上我們客戶的兩個(gè)模型），并在芯片上運(yùn)行，測(cè)量每張圖像的延遲。我們還通過(guò)自己的InferX X1性能評(píng)估器運(yùn)行了相同的模型。

顯然，Nvidia不能為我們自己客戶的機(jī)型發(fā)布基準(zhǔn)測(cè)試，但YOLOv3的數(shù)據(jù)是在Xavier AGX上發(fā)布的，而不是在NX上發(fā)布的——而且他們發(fā)布的數(shù)據(jù)是使用GPU和兩個(gè)DL加速器的綜合吞吐量。對(duì)于Batch＝ 1，GPU有可接受的延遲。

不同的領(lǐng)域?qū)?yīng)不同的處理器

關(guān)注自動(dòng)駕駛和航空航天等應(yīng)用程序的客戶要處理數(shù)據(jù)流，所以可能只關(guān)心流吞吐量。即使它們是空閑的，它們也不能利用運(yùn)行較慢的執(zhí)行單元，因?yàn)樗鼈冃枰谙乱粋€(gè)圖像可用之前處理第一個(gè)圖像。在這些應(yīng)用程序中，要跟上圖像流是至關(guān)重要的，因?yàn)槿绻贿@樣做，就需要存儲(chǔ)越來(lái)越多的數(shù)據(jù)。如果應(yīng)用程序是自動(dòng)駕駛，這將延長(zhǎng)延遲時(shí)間，并可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

總之，如果你正在研究推理加速器，請(qǐng)明白它們是為什么而優(yōu)化的。

今年推出的大多數(shù)推斷加速器都是為ResNet－50進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的，本人認(rèn)為是一個(gè)糟糕基準(zhǔn)測(cè)試，因?yàn)樗褂昧诵D像，比如224×224。

對(duì)于像自動(dòng)駕駛這樣的應(yīng)用程序，一般是需要處理200萬(wàn)像素的1440×1440級(jí)別的圖像。對(duì)于這些應(yīng)用程序，YOLOv3是一個(gè)更好的基準(zhǔn)測(cè)試。

我們也開(kāi)始看到與ResNet－50和YOLOv3有著截然不同的新模型。在生物醫(yī)學(xué)工程或醫(yī)學(xué)成像等市場(chǎng)，他們處理不同類型的傳感器，而非行人目標(biāo)的檢測(cè)和識(shí)別，他們以一種非常不同的方式使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在YOLOv3上運(yùn)行良好的加速器可能在這些模型上運(yùn)行得更好。

簡(jiǎn)單介紹一下YOLOv3，它是YOLO （You Only Look Once）系列目標(biāo)檢測(cè)算法中的第三版，相比之前的算法，尤其是針對(duì)小目標(biāo)，精度有顯著提升。下面我們就來(lái)看看在算法中究竟有哪些提升。

YOLOv3算法

首先如上圖所示，在訓(xùn)練過(guò)程中對(duì)于每幅輸入圖像，YOLOv3會(huì)預(yù)測(cè)三個(gè)不同大小的3D tensor，對(duì)應(yīng)著三個(gè)不同的scale。設(shè)計(jì)這三個(gè)scale的目的就是為了能夠檢測(cè)出不同大小的物體。在這里我們以13x13的tensor為例做一個(gè)簡(jiǎn)單講解。對(duì)于這個(gè)scale，原始輸入圖像會(huì)被分成分割成13x13的grid cell，每個(gè)grid cell對(duì)應(yīng)著3D tensor中的1x1x255這樣一個(gè)長(zhǎng)條形voxel。255這個(gè)數(shù)字來(lái)源于（3x（4＋1＋80）），其中的數(shù)字代表bounding box的坐標(biāo)，物體識(shí)別度（objectness score），以及相對(duì)應(yīng)的每個(gè)class的confidence，具體釋義見(jiàn)上圖。

其次，如果訓(xùn)練集中某一個(gè)ground truth對(duì)應(yīng)的bounding box中心恰好落在了輸入圖像的某一個(gè)grid cell中（如圖中的紅色grid cell），那么這個(gè)grid cell就負(fù)責(zé)預(yù)測(cè)此物體的bounding box，于是這個(gè)grid cell所對(duì)應(yīng)的objectness score就被賦予1，其余的grid cell則為0。此外，每個(gè)grid cell還被賦予3個(gè)不同大小的prior box。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，這個(gè)grid cell會(huì)逐漸學(xué)會(huì)如何選擇哪個(gè)大小的prior box，以及對(duì)這個(gè)prior box進(jìn)行微調(diào)（即offset／coordinate）。但是grid cell是如何知道該選取哪個(gè)prior box呢？在這里作者定義了一個(gè)規(guī)則，即只選取與ground truth bounding box的IOU重合度最高的哪個(gè)prior box。

上面說(shuō)了有三個(gè)預(yù)設(shè)的不同大小的prior box，但是這三個(gè)大小是怎么計(jì)算得來(lái)的呢？作者首先在訓(xùn)練前，提前將COCO數(shù)據(jù)集中的所有bbox使用K－means clustering分成9個(gè)類別，每3個(gè)類別對(duì)應(yīng)一個(gè)scale，這樣總共3個(gè)scale。這種關(guān)于box大小的先驗(yàn)信息極大地幫助網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)每個(gè)Box的offset／coordinate，因?yàn)閺闹庇^上，大小合適的box將會(huì)使網(wǎng)絡(luò)更快速精準(zhǔn)地學(xué)習(xí)。
責(zé)編AJX