模型量化-动态离线量化

模型量化-动态离线量化

本文首先简单介绍动态离线量化，然后说明产出量化模型，最后阐述量化模型预测。

1 简介

动态离线量化，将模型中特定OP的权重从FP32类型量化成INT8/16类型。

该量化模型有两种预测方式：第一种是反量化预测方式，即是首先将INT8/16类型的权重反量化成FP32类型，然后再使用FP32浮运算运算进行预测；第二种量化预测方式，即是预测中动态计算量化OP输入的量化信息，基于量化的输入和权重进行INT8整形运算。

注意，目前PaddleLite仅仅支持第一种反量化预测方式。

使用条件：

有训练好的预测模型

使用步骤：

产出量化模型：使用PaddlePaddle调用动态离线量化离线量化接口，产出量化模型
量化模型预测：使用PaddleLite加载量化模型进行预测推理

优点：

权重量化成INT16类型，模型精度不受影响，模型大小为原始的1/2
权重量化成INT8类型，模型精度会受到影响，模型大小为原始的1/4

缺点：

目前只支持反量化预测方式，主要可以减小模型大小，对特定加载权重费时的模型可以起到一定加速效果

2 产出量化模型

目前该方法还没有在PaddleSlim中集成，大家可以使用PaddlePaddle调用动态离线量化接口，得到量化模型。

2.1 安装PaddlePaddle

参考PaddlePaddle官网，安装PaddlePaddle CPU/GPU 1.7版本。

2.2 准备模型

准备已经训练好的FP32预测模型，即 save_inference_model() 保存的模型。

2.3 调用动态离线量化

对于调用动态离线量化，首先给出一个例子。

from paddle.fluid.contrib.slim.quantization import WeightQuantization
model_dir = path/to/fp32_model_params
save_model_dir = path/to/save_model_path
weight_quant = WeightQuantization(model_dir=model_dir)
weight_quant.quantize_weight_to_int(save_model_dir=save_model_dir,
                                    weight_bits=8,
                                    quantizable_op_type=['conv2d', 'mul'],
                                    weight_quantize_type="channel_wise_abs_max",
                                    generate_test_model=False)

执行完成后，可以在 save_model_dir/quantized_model 目录下得到量化模型。

对于调用动态离线量化，以下对api接口进行详细介绍。

class WeightQuantization(model_dir, model_filename=None, params_filename=None)

参数说明如下：

model_dir(str)：待量化模型的路径，其中保存模型文件和权重文件。
model_filename(str, optional)：待量化模型的模型文件名，如果模型文件名不是__model__，则需要使用model_filename设置模型文件名。
params_filename(str, optional)：待量化模型的权重文件名，如果所有权重保存成一个文件，则需要使用params_filename设置权重文件名。

WeightQuantization.quantize_weight_to_int(self,
                               save_model_dir,
                               save_model_filename=None,
                               save_params_filename=None,
                               quantizable_op_type=["conv2d", "mul"],
                               weight_bits=8,
                               weight_quantize_type="channel_wise_abs_max",
                               generate_test_model=False,
                               threshold_rate=0.0)

参数说明如下：

save_model_dir(str)：保存量化模型的路径。
save_model_filename(str, optional)：如果save_model_filename等于None，则模型的网络结构保存到__model__文件，如果save_model_filename不等于None，则模型的网络结构保存到特定的文件。默认为None。
save_params_filename(str, optional)：如果save_params_filename等于None，则模型的参数分别保存到一系列文件中，如果save_params_filename不等于None，则模型的参数会保存到一个文件中，文件名为设置的save_params_filename。默认为None。
quantizable_op_type(list[str]): 需要量化的op类型，默认是['conv2d', 'mul']，列表中的值可以是任意支持量化的op类型 ['conv2d', 'depthwise_conv2d', 'mul']。一般不对 depthwise_conv2d 量化，因为对减小模型大小收益不大，同时可能影响模型精度。
weight_bits(int, optional)：权重量化保存的比特数，可以是8~16，一般设置为8/16，默认为8。量化为8bit，模型体积最多可以减小4倍，可能存在微小的精度损失。量化成16bit，模型大小最多可以减小2倍，基本没有精度损失。
weight_quantize_type(str, optional): 权重量化的方式，支持 channel_wise_abs_max 和 abs_max，一般都是 channel_wise_abs_max，量化模型精度损失小。
generate_test_model(bool, optional): 是否产出测试模型，用于测试量化模型部署时的精度。测试模型保存在 save_model_dir/test_model 目录下，可以和FP32模型一样使用Fluid加载测试，但是该模型不能用于预测端部署。

3 量化模型预测

目前，对于动态离线量化产出的量化模型，只能使用PaddleLite进行预测部署。

很简单，首先使用PaddleLite提供的模型转换工具（opt）将量化模型转换成移动端预测的模型，然后加载转换后的模型进行预测部署。

注意，PaddleLite 2.3版本才支持动态离线量化产出的量化，所以转换工具和预测库必须是2.3及之后的版本。

3.1 模型转换

参考模型转换准备模型转换工具，建议从Release页面下载。

参考模型转换使用模型转换工具。比如在安卓手机ARM端进行预测，模型转换的命令为：

./opt --model_dir=./mobilenet_v1_quant \
      --optimize_out_type=naive_buffer \
      --optimize_out=mobilenet_v1_quant_opt \
      --valid_targets=arm

3.2 量化模型预测

和FP32模型一样，转换后的量化模型可以在Android/IOS APP中加载预测，建议参考C++ Demo、Java Demo、Android/IOS Demo。