MNN是一个轻量级的深度神经网络推理引擎,在端侧加载深度神经网络模型进行推理预测。目前,MNN已经在阿里巴巴的手机淘宝、手机天猫、优酷等20多个App中使用,覆盖直播、短视频、搜索推荐、商品图像搜索、互动营销、权益发放、安全风控等场景。此外,IoT等场景下也有若干应用。
整体特点
轻量性
针对端侧设备特点深度定制和裁剪,无任何依赖,可以方便地部署到移动设备和各种嵌入式设备中。IOS平台:armv7+arm64静态库大小5MB左右,链接生成可执行文件增加大小620KB左右,metallib文件600KB左右。Android平台:so大小400KB左右,OpenCL库400KB左右,Vulkan库400KB左右。通用性
支持Tensorflow、Caffe、ONNX等主流模型文件格式,支持CNN、RNN、GAN等常用网络。支持86个TensorflowOp、34个CaffeOp;各计算设备支持的MNN Op数:CPU 71个,Metal 55个,OpenCL 29个,Vulkan 31个。支持iOS 8.0+、Android 4.3+和具有POSIX接口的嵌入式设备。支持异构设备混合计算,目前支持CPU和GPU,可以动态导入GPU Op插件,替代CPU Op的实现。高性能
不依赖任何第三方计算库,依靠大量手写汇编实现核心运算,充分发挥ARM CPU的算力。iOS设备上可以开启GPU加速(Metal),常用模型上快于苹果原生的CoreML。Android上提供了OpenCL、Vulkan、OpenGL三套方案,尽可能多地满足设备需求,针对主流GPU(Adreno和Mali)做了深度调优。卷积、转置卷积算法高效稳定,对于任意形状的卷积均能高效运行,广泛运用了 Winograd 卷积算法,对3x3 -> 7x7之类的对称卷积有高效的实现。针对ARM v8.2的新架构额外作了优化,新设备可利用半精度计算的特性进一步提速。易用性
有高效的图像处理模块,覆盖常见的形变、转换等需求,一般情况下,无需额外引入libyuv或opencv库处理图像。支持回调机制,可以在网络运行中插入回调,提取数据或者控制运行走向。支持只运行网络中的一部分,或者指定CPU和GPU间并行运行。架构设计
MNN可以分为Converter和Interpreter两部分。
Converter由Frontends和Graph Optimize构成。前者负责支持不同的训练框架,MNN当前支持Tensorflow(Lite)、Caffe和ONNX(PyTorch/MXNet的模型可先转为ONNX模型再转到MNN);后者通过算子融合、算子替代、布局调整等方式优化图。
Interpreter由Engine和Backends构成。前者负责模型的加载、计算图的调度;后者包含各计算设备下的内存分配、Op实现。在Engine和Backends中,MNN应用了多种优化方案,包括在卷积和反卷积中应用Winograd算法、在矩阵乘法中应用Strassen算法、低精度计算、Neon优化、手写汇编、多线程优化、内存复用、异构计算等。
用法
如上图所示,在端侧应用MNN,大致可以分为三个阶段:
训练在训练框架上,根据训练数据训练出模型的阶段。虽然当前MNN也提供了训练模型的能力,但主要用于端侧训练或模型调优。在数据量较大时,依然建议使用成熟的训练框架,如TensorFlow、PyTorch等。除了自行训练外,也可以直接利用开源的预训练模型。
转换将其他训练框架模型转换为MNN模型的阶段。MNN当前支持Tensorflow(Lite)、Caffe和ONNX的模型转换。模型转换工具可以参考编译文档和使用说明。支持转换的算子,可以参考算子列表文档;在遇到不支持的算子时,可以尝试自定义算子,或在Github上给我们提交issue。
此外,模型打印工具可以用于输出模型结构,辅助调试。
除模型转换外,MNN也提供了模型量化工具,可以对浮点模型进行量化压缩。
推理在端侧加载MNN模型进行推理的阶段。端侧运行库的编译请参考各平台的编译文档:iOS、Android、linux/macOS/Ubuntu、windows。我们提供了API接口文档,也详细说明了会话创建、数据输入、执行推理、数据输出相关的接口和参数。
此外,测试工具和benchmark工具也可以用于问题定位。
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