【经验】如何应用DNN模拟器Accurate Simulator来分析和提高神经网络的精度
在瑞萨提供的R-Car SoC相关的一些 DNN模拟器中,本文将重点介绍能够实现与实际硬件等价运算的Accurate Simulator,并说明如何应用它来分析和提高神经网络的精度。
背景
R-Car SoC是我们提出的一种高性能、低功耗的 SoC。为了在 R-Car SoC 上运行客户用主流深度学习框架(如 PyTorch、TensorFlow 等)训练的模型,需要采用剪枝(*1)和量化(*2)等非等效的近似方法进行模型压缩。我们提供的 R-Car CNN 工具,不仅可以在 R-Car SoC 上执行上述近似程序,运行客户训练好的深度学习模型,还可以根据客户的应用场景提供不同精度和速度的模拟器。这样即使您没有 R-Car SoC 硬件,也可以验证操作和进行性能预估。(*3)
在各类模拟器中,Accurate Simulator 能获得与实际 R-Car SoC 最为一致的输出结果。本文提出使用 Accurate Simulator 对模型进行调试分析和精度改进的方法。通过逐步追踪在实际的 R-Car SoC 中无法确认的模型的中间输出,我们将介绍确定意外结果产生原因并提高准确性的方法。
使用场景
为了将客户训练好的深度学习模型转换成可以在 R-Car SoC 上执行的格式,需要进行非等价的近似模型压缩,如剪枝和量化。量化是一种将为浮点运算的模型近似为整数运算模型的方法。在这个过程中,每层输出张量的最大值和最小值由多个输入图像估计,每层权重参数的最大值和最小值,以及量化参数(scale と zero point)将被确定(校准)。当在实际的 R-Car SoC 或模拟器(*4)上验证这个量化模型时,与原始训练模型的结果相比,不同的输入图像数据可能会导致意想不到的结果。在这种情况下,使用 Accurate Simulator 来分析模型是非常有用的,它可以直接观察模型中的中间输出,而这些输出在实际的 R-Car SoC 上无法获取。
使用 Accurate Simulator进行模型分析的流程
在上述案例中,校准时输入图像数据的质量或数量不足,可能导致(a)校准不理想或(b)中间输出波动较大的层所导致的量化失败。在这种情况下,首先确定原因是(a)还是(b),然后采取(a)增加或更新输入图像数据并再次进行校准,或(b)确定发生问题的层并增加该层的位宽以提高量化模型的准确性等有效方法。
Accurate Simulator 是一个模拟器,旨在确保输出结果与实际的 R-Car SoC 机器完全匹配。与 R-Car SoC 不同,Accurate Simulator 允许用户提取模型中每一层的中间输出。具体来说,用户可以用 Accurate Simulator 从输入图像数据的层侧开始逐一提取各层的中间输出,并与原始训练模型的中间输出相比较以确认误差。
演示示例
当使用我们的 R-Car SoC 时,客户使用我们的 R-Car CNN 工具将训练好的模型转换为 R-Car SoC 的执行格式并执行。以下假设在原始训练模型(例如 TensorFlow)和 R-Car SoC 的输出结果在运行时不匹配的情况下找出原因并解决的方法。我们将说明如何使用 Accurate Simulator 直接比较原始 TensorFlow 模型和 R-Car 可执行格式模型的中间输出来估计量化误差。
1.将客户训练好的 TensorFlow 模型转换为 ONNX,并使用我们的 R-Car CNN 工具将其转换为 Accurate Simulator 可执行的格式,同时提供量化条件和足够数量的图像数据用于校准。
2.运行客户的 TensorFlow 模型,提取要比较的层的中间输出。
3.使用 R-Car SDK runtime,运行①中生成的 Accurate Simulator 的执行格式模型。需要比较的层的中间输出可以在这个步骤被提取出来。
4.比较在②和③中得到的中间输出的组成部分。Accurate Simulator 的输出结果是在模型量化的前提下以整数表示的,我们也准备了反量化的工具。图中的图表显示了由 TensorFlow 和 Accurate Simulator 生成的中间输出张量成分的直接比较。在这个例子中,比较结果几乎是相同的,这一层没有任何问题。
5.重复步骤①到④,以确定近似被破坏的那一层。通过增加相关层的量化参数的显示位宽(如从 8 位到 16 位)可以提高量化模型的输出结果精度。
图1:TensorFlow和Accurate Simulator之间的中间输出比较流程
总结
本文介绍了一种方法,当客户训练的模型在我们的 R-Car SoC 上运行,其输出结果不尽如人意的时候,可以使用 Accurate Simulator 找出原因并提高模型的精度。Accurate Simulator 的设计是为了获得与实际 R-Car SoC 相当的计算结果,可用于调查无法使用实际设备检查的模型的中间输出。我们希望客户能利用这一点进行模型的调试评估,提高模型的精度。今后,瑞萨将继续致力于 R-Car CNN 工具的开发,供客户用于模型评估和验证。
备注
(*1)对识别结果贡献小的权重被设置为零,这些权重的计算被跳过,从而减少计算量和内存的使用。
(*2)推理过程中浮点计算通常被转换为近似(如 8bit)的整数运算。这里的量化被称为 PTQ(post training quantization),它通过使用多个输入图像进行校准来优化量化参数(scale & zero point)。
(*3)点击查看往期文章: 【经验】解析三种瑞萨R-Car DNN模拟器及其使用情况和特点
(*4)除了 Accurate Simulator 外,瑞萨还提供指令集模拟器(ISS),其目的是实现与实际硬件相当的计算精度。不仅如此,ISS 还模拟实际硬件的计算过程本身,使用户能够在非常接近实际硬件的环境下测试模型。
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PRODUCT SCOUT AUTOMOTIVE
型号- R-CAR V3X,Y-RH850-P1X-144PIN-PB-T1-V2,R7F7017623,Y-RH850-F1X-100PIN-PB-T1-V3,Y-RH850-F1X-233PIN-PB-T2-V1,R-CAR V4M,R-CAR V4H,R8A779M8,R8A779M7,R8A779M0,R8A779M2,R8A779M1,R8A779M4,R8A779M3,R-CAR GEN4,R-CAR V4X,R-CAR E3,R8A779M6,R-CAR E3E,R8A779M5,RL78/F1X,Y-R-CAR-M3N-SIP-BOARD-SKT-ES20,R7F7017603,R5F109LD,R5F109LC,RH850/D1M1A,R5F109LB,R5F109LA,R-CAR D3,R5F109LE,Y-RH850-F1X-324PIN-PB-T1-V1,Y-RCAR-V4H-WHITEHAWK-BRD-WS10,V3H2,Y-ASK-RL78F14-V2,RTP8J779M1ASKB0SL0SA103,F SERIES,R-CAR D3E,R7F702301BEBBA,R8A779G0LA01BA,R8A77980A,RTP8J779M3ASKB0SL0SA103,M3NE-2G,R-CAR S4-4,Y-ASK-RL78F15-V2,RL78/F13-CAN,R-CAR S4-8,Y-RH850-P1XC-404PIN-PB-T1-V2,RH850/F1KM-S1,RH850/F1KM-S2,RH850/F1KM-S4,Y-RH850-X2X-MB-T1-V1,RTE0T00001FWREA000R,RTE7702200EAB00000J,Y-ASK-RH850F1KM-S1-V3,R7F702002AEABA,R7F702002AEABG,R5F10BAG,R5F10BAF,R5F10BAE,R5F10BAD,R7F702011EABG,R5F10BAC,RTP0RC77995SEB0010S,R-CAR 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【应用】瑞萨推出用于多个设备构成的系统的调试和分析的解决方案,解决车载软件开发中遇到的难题
瑞萨电子正在致力于开发面向多设备的软件开发课题的解决方案。 Sync Logging是用于多个设备构成的系统的调试和分析的解决方案,它提供了一种方式来了解每个设备在相同时间点执行了什么样的处理。
应用方案 发布时间 : 2023-10-11
【经验】R-Car常用启动模式的特点及应用
本文主要介绍了Renesas R-Car SOC所支持的各种启动模式,以及相关启动模式下的操作说明。
设计经验 发布时间 : 2019-08-09
【经验】解析R-Car H3/M3/M3N/E3 SCIF串口驱动模块的时钟源设置、使能硬件流控制和内核配置
Renesas推出的驾驶安全辅助系统和车载信息娱乐系统的第三代R-Car SoC芯片,第三代的产品主要包括R-Car H3、R-Car H3N、R-Car M3、R-Car M3N、R-Car D3、R-Car E3、R-Car V3H、R-Car V3M,本文将解析R-Car H3/M3/M3N/E3 SCIF串口驱动模块的时钟源设置、使能硬件流控制和内核配置。
设计经验 发布时间 : 2020-04-07
英业达与瑞萨电子联合开发汽车网关概念验证产品,双方的技术合作将加速全球新一代汽车的发展
2023 年 9 月 11 日,中国台北讯 - 全球高性能服务器厂商英业达(TPE:2356)与全球半导体解决方案供应商瑞萨电子(TSE:6723)今日宣布,双方将共同为快速增长的电动汽车(EV)市场设计汽车网关解决方案。针对一级汽车零部件供应商和OEM,两家公司将基于瑞萨电子 R-Car 片上系统 (SoC) 开发互联网关的概念验证 (PoC) 产品。
原厂动态 发布时间 : 2023-09-21
现货市场
服务
使用FloTHERM和Smart CFD软件,提供前期热仿真模拟、结构设计调整建议、中期样品测试和后期生产供应的一站式服务,热仿真技术团队专业指导。
实验室地址: 深圳 提交需求>
针对电子系统中的详细传热和流体流动模拟进行优化,可准确分析复杂的两相冷却组件(如热管/均热板),量化利用率,并警告是否干涸。
实验室地址: 深圳 提交需求>
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