優(yōu)化OpenVINO模型效能：參數(shù)設(shè)定影響實測

三年前剛接觸OpenVINO的時候，開始感覺機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)展的生態(tài)似乎有許多的轉(zhuǎn)變，隨著執(zhí)行許多范例的過程中，漸漸了解Open Model Zoo的Github支持了許多可以下載的模型，有種感覺是不是模型加載與使用，會變成即插即用的狀態(tài)。

以前要自己看許多論文，花時間搜集各種模型的執(zhí)行方法，今年實驗的模型，過一陣子想再執(zhí)行時常會忘記如何使用，就算記得但碰到模型本身運作環(huán)境升級，或者平臺不再支持某個方法，辛苦弄完的模型跟寫好的程序又要重新再來一次，這樣的感覺在接觸OpenVINO之前，會覺的似乎是做機(jī)器學(xué)習(xí)的無奈與必然。

接觸OpenVINO后，讓人感覺是一個有趣的環(huán)境，過去在教學(xué)現(xiàn)場很難與學(xué)生介紹機(jī)器學(xué)習(xí)要怎么學(xué)跟用，雖然有云端的架構(gòu)可以直接運作準(zhǔn)備好的教學(xué)環(huán)境，實際現(xiàn)場要使用時，還是會碰到不知道如何安裝跟配置的問題。

雖然一般的安裝文件嘗試盡可能寫清楚了，但其實許多操作系統(tǒng)環(huán)境差異，或開發(fā)工具包兼容性的狀態(tài)，常會造成這個月可以執(zhí)行的模型跟架構(gòu)，過幾個月又開始不太支持，還好這兩年容器環(huán)境相對更成熟，系統(tǒng)安裝的生態(tài)也開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，透過容器化技術(shù)許多套件安裝的流程跟問題，也隨著容器化技術(shù)得到緩解。

本文嘗試從兩個觀點出發(fā)，第一個是如何能夠較為方便快速使用OpenVINO，主要的目的是介紹容器化的方式使用OpenVINO，相對過去需要閱讀大量安裝文件，目前已經(jīng)有較為成熟穩(wěn)定的容器化環(huán)境可以直接安裝與啟動OpenVINO。

第二個是了解如何利用OpenVINO跟Open Model Zoo所提供訓(xùn)練好的模型，在運作OpenVINO的過程，透過不同參數(shù)設(shè)定值，觀察系統(tǒng)預(yù)測效率的改變，對于機(jī)器學(xué)習(xí)運作環(huán)境，除了程序設(shè)計技巧與架構(gòu)整合外，累積模型運作與不同參數(shù)設(shè)定狀態(tài)下需要具備的觀念。

相對于操作系統(tǒng)調(diào)校的觀念，在OpenVINO運作時可以觀察系統(tǒng)在模型運作時預(yù)測效能的變化，這個部份可做為后續(xù)使用模型時經(jīng)驗的提升，在機(jī)器運作時累積更好的模型使用經(jīng)驗，觀察同一臺機(jī)器運作OpenVINO時，可以思考與注意的部份。

透過容器化技術(shù)快速部署OpenVINO運作環(huán)境

透過容器啟動OpenVINO，可以快速方便的達(dá)成OpenVINO上線狀態(tài)，相對省下非常多套件安裝過程的時間，過去常認(rèn)為要執(zhí)行機(jī)器學(xué)習(xí)推論的環(huán)境會很復(fù)雜，或者需要許多步驟的執(zhí)行過程。透過Docker容器的架構(gòu)來執(zhí)行OpenVINO，可以將過去系統(tǒng)在操作系統(tǒng)不同版本間運作環(huán)境產(chǎn)生問題的數(shù)量降低，大量減少系統(tǒng)除錯、兼容性測試與環(huán)境安裝配置的問題與步驟。

本文使用的運作環(huán)境是Ubutnu20.04.2 LTS，OpenVINO的docker容器是openvino/ubuntu20_data_dev:2021.4_tgl，使用docker在Linux運作OpenVINO最大的好處是幾乎沒有兼容性的問題，下載之后就可以直接執(zhí)行，對于要直接使用或?qū)W習(xí)OpenVINO，相對過去容易非常非常多，透過下面的指令就可以執(zhí)行OpenVINO的容器環(huán)境。

如果機(jī)器上面沒有docker的環(huán)境，要先安裝docker容器環(huán)境，在Linux上面執(zhí)行以下指令，前面的指令會先把原來的docker環(huán)境移除，如果你已經(jīng)安裝過docker環(huán)境，可以跳過這個步驟，直接執(zhí)行下載OpenVINO docker的pull指令：

sudo aptupdate

sudoapt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

sudo aptinstall curl

curl-fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh

sudo shget-docker.sh

sudousermod -aG docker $USER

## Needto logout or reboot to run docker as non-root user

dockerrun hello-world

上面安裝好docker的容器環(huán)境以后，可以用底下的指令直接下載OpenVINO的docker環(huán)境。

dockerpull openvino/ubuntu20_data_dev:2021.4_tgl

要執(zhí)行docker環(huán)境的時候，如果是使用ubuntu桌面版內(nèi)建的vnc環(huán)境，可以使用底下的指令來啟動OpenVINO docker環(huán)境，這樣之后在docker環(huán)境內(nèi)如果需要使用到窗口環(huán)境，會比較方便做后續(xù)的測試。

要進(jìn)入docker環(huán)境下命令測試OpenVINO時，可以使用底下的指令，就可以順利的在ubuntu桌面環(huán)境下同時使用多個OpenVINO docker環(huán)境終端做測試。

dockerexec -it openvino-ubuntu20_tgl /bin/bash

參數(shù)設(shè)定在模型運作時效能的變化

OpenVINO效能量測工具名稱為benchmark_app，可以在機(jī)器上量測模型的執(zhí)行效能，OpenVINO 2021.4的benchmark_app提供許多參數(shù)設(shè)定，另一個思考方向是自己寫程序加載模型時，實際的效能是如何，或者日后如何能在自己寫的程序達(dá)到測試環(huán)境相同的效能，如常用的ssd模型在執(zhí)行object model zoo的范例時，運作過程中可以設(shè)定許多參數(shù)，例如nireq、nthreads、nstreams等，device參數(shù)可以設(shè)定運作的硬件環(huán)境CPU、GPU、同時使用CPU與GPU的MULTI: CPU,GPU等，令人好奇這些參數(shù)之間實際運作的情況，在運作過程中要如何設(shè)定，或者朝哪個方向去思考調(diào)整會有相對較好的執(zhí)行結(jié)果。

圖1 – OpenVINO效能評估程序benchmark_app提供的部份參數(shù)

benchmark_app提供許多參數(shù)進(jìn)行效能量測，相對當(dāng)執(zhí)行范例程序時，nireq、nthreads這樣的參數(shù)做調(diào)整，會觀察到什么結(jié)果，以下說明一些紀(jì)錄與觀察過程，同時可以更了解OpenVINO在docker環(huán)境下執(zhí)行的方式。

在docker環(huán)境中包含OpenVINO2021.4.582的執(zhí)行版本，并且提供許多模型運作范例，在Open Model Zoo中內(nèi)含Object_sample_ssd的范例，內(nèi)含models.lst檔案。表1為models.lst檔案里面支持部份的ssd模型列表，跟過去版本最大差異是多了-at參數(shù)設(shè)定，在models.lst中說明各種模型對應(yīng)-at參數(shù)的設(shè)定值。

使用模型的時候可以使用download.py下載模型，如果下載的不是OpenVINO的IR格式(附檔名為.xml與.bin)，需要透過convert.py轉(zhuǎn)換成OpenVINO的IR格式。

OpenVINO系統(tǒng)目錄內(nèi)定會安裝在/opt/intel/openvino，內(nèi)含子目錄deployment_tools/open_model_zoo/demos/object_detection_demo/python，此目錄主要為對象偵測的python范例程序，可以執(zhí)行許多機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)架構(gòu)已經(jīng)訓(xùn)練好的模型，包含 centernet、ctpn、faceboxes、ssd、yolo、yolov4等機(jī)器學(xué)習(xí)框架所訓(xùn)練好的對象偵測模型。

表1 – OpenVINOobject_detection_demo可以執(zhí)行的機(jī)器學(xué)習(xí)模型

參數(shù)與預(yù)測效能之間的觀察

兩年前剛學(xué)習(xí)使用OpenVINO的時候，有很多時候覺得模型會動就好了，但是有些時候希望效能能夠變快一點，嘗試把某些參數(shù)調(diào)大，但是又感覺好像不是這樣，本文透過object_detecion_demo運作觀察，參數(shù)設(shè)定過程如何影響模型在同一臺機(jī)器上推論效率的變化，接下來的內(nèi)容為觀察到的現(xiàn)象，可以作為日后模型推論在配置時參數(shù)設(shè)定的一些參考。

這兩年間比較有趣的變化是同一個模型有FP32、FP16、FP16-INT8的版本可以選擇，因此同一個模型在內(nèi)存空間的使用量、運作效能以及預(yù)測的精確度，有許多部份可進(jìn)一步觀察運作過程中的變化。

本文針對object_detection_demo.py指令的參數(shù)，在執(zhí)行person-detection-retail-0013模型中進(jìn)行效能量測，分別就FP32、FP16、FP16-INT8等模型格式，在CPU、GPU、CPU+GPU的硬件條件下，分別進(jìn)行不同的nireq以及nthreads參數(shù)設(shè)定，觀察FPS(Frame per second)變化情形進(jìn)行描述與討論。

要注意的是本文所使用的是M.2 Key MSSD硬盤作為結(jié)果輸出裝置，用一般的USB隨身碟作為預(yù)測檔案結(jié)果輸出時，會影響檔案輸出的效能，進(jìn)而影響效能觀察的結(jié)果。

在本文效能量測的結(jié)果呈現(xiàn)前，要注意的是FP16-INT8模型的運作方式，OpenVINO中POT套件轉(zhuǎn)換FP16模型為INT8模型的方式，是經(jīng)由在FP16模型各層間插入INT8格式的FakeQuantize，對于設(shè)定不同的POT模型優(yōu)化參數(shù)， FakeQuantize將會自動調(diào)整的INT8的模型數(shù)值，或刪除一些不需要的模型計算步驟，在可以滿足精度要求的狀態(tài)下，達(dá)成模型運作時真正的轉(zhuǎn)換為INT8低精度模型，雖然層數(shù)相對可能會增加，但是因為INT8所需空間較小且執(zhí)行效能相對快很多，因而能夠獲得真正的模型空間縮小與效能提升。

因此在FP16-INT8模型的運作過程中，透過了FP16與INT8整數(shù)運算于不同層之間的切換的運算過程，如果許多的FP16層級被轉(zhuǎn)換為INT8，有機(jī)會得到儲存空間的較小模型及較快速指令周期的推論效能。同時INT8的運算過程于i7第11代CPU中因為支持了AVX512的指令集，以及i7第11代所使用的內(nèi)顯GPU支持INT8運算處理，因此在本文量測的結(jié)果中FP16-INT8的效能將大幅度相對提升s。

object_detection_demo.py程序執(zhí)行的參數(shù)如下：

指令執(zhí)行的參數(shù)常用的范例如下：

其中${1}、${2}分別代表nireq與nthreads的參數(shù)設(shè)定值，${3}表示32、16、16-INT8等設(shè)定值，${4}代表使用的是CPU、GPU、MULTI:CPU,GPU等設(shè)定值，透過這些設(shè)定值的更改，最后將執(zhí)行過程輸出至各個條件的文本文件，范例程序執(zhí)行結(jié)束時，于各文本文件的尾端會得到此次執(zhí)行的FPS數(shù)值結(jié)果，最后以這個FPS數(shù)值作為相關(guān)的量測效能結(jié)果進(jìn)行討論，詳細(xì)的參數(shù)設(shè)定值說明如表2。

表2 –object_detection_demo.py相關(guān)的參數(shù)設(shè)定說明

本文量測數(shù)值使用之硬件環(huán)境

圖2為本文以東擎NUCBOX-1165G7工業(yè)用計算機(jī)，硬件環(huán)境為Intel i7第11代CPU，軟件環(huán)境使用Ubuntu 20.04.2 LTS為操作系統(tǒng)，執(zhí)行OpenVINO 2021.4.582作為系統(tǒng)量測的運作環(huán)境，CPU型號為11th Gen Intel(R) Core(TM) i7-1185G7E @ 2.80GHz、cache 12288KB，共有8個Hyper-threading，內(nèi)存為16GByte、硬盤型號為KINGSTON OM8PDP3256B-A01(NVM容量256GByte)。

特別要說明的是Intel第11代Core CPU內(nèi)建的GPU，是第一個可以執(zhí)行INT8的內(nèi)建GPU，利用這個特性在執(zhí)行OpenVINO時可以獲得更好的效能提升。

圖2 – 本文量測使用之工業(yè)用計算機(jī)，內(nèi)含Intel第11代CPU與Wifi-6無線網(wǎng)絡(luò)芯片

CPU執(zhí)行person-detection-retail-0013模型效能變化情形

圖3為CPU使用person-detection-retail-0013FP32模型的執(zhí)行結(jié)果，可以觀察當(dāng)nireq(nr)為1、nthreads(nt)為1時，每秒鐘可以辨識的畫面張數(shù)為35.1 FPS(每秒鐘能預(yù)測35.1張影像)，進(jìn)一步調(diào)整nireq、nthreads參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行預(yù)測，會發(fā)現(xiàn)nireq(nr)與nthreads(nt)設(shè)定不同數(shù)值時，會影響每秒所能預(yù)測的FPS效能。

圖3 – CPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP32模型結(jié)果

圖3中可以觀察到一個現(xiàn)象，當(dāng)nthreads設(shè)定的值為3時，會得到相對最高的FPS結(jié)果，圖4為將圖3放大之后，由nthreads(nt)數(shù)值為2到8的設(shè)定值，分別在不同的nireq(nr)條件下，nireq(nr)數(shù)值為3到8的執(zhí)行結(jié)果。

圖4 – CPU執(zhí)行person-detection-retail-0013.xmlFP32模型，nthreads(nt)數(shù)值為2到8、nireq(nr)為3到8的FPS變化情形

由圖4中可以觀察到當(dāng)nthreads設(shè)定值為3、nireq等于8，CPU執(zhí)行FP32模型FPS此時為85.1 FPS，之后無論nthreads與nireq調(diào)整為其他數(shù)值，執(zhí)行結(jié)果都無法超過此FPS，一般概念上會認(rèn)為同時輸入的影像稍微多一點比較好，因為同時處理多一點影像，在機(jī)器有能力響應(yīng)的狀態(tài)下，執(zhí)行結(jié)果的效能相對應(yīng)該會高一些，從這個觀點得到的FPS為nthreads為3與nireq為8時，表示一次輸入8張影像時，同時使用3個CPU的處理程序來處理person-detection-retail-0013模型的運作過程，會有較好的執(zhí)行效能。

圖4同時顯示如果我們認(rèn)為將nireq與nthreads的值設(shè)的越大越好可以得到更好的效能，結(jié)果顯示并不會有這樣的狀態(tài)產(chǎn)生，甚至當(dāng)nthreads(nt)為19時，不管nireq(nr)設(shè)定多大的值，會發(fā)現(xiàn)此時約為25.1FPS，這樣的執(zhí)行效能相對nthreads(nt)為3時的85.1 FPS，相當(dāng)于只能得到最高效能的1/3執(zhí)行效率，可以觀察到很明顯的，單純將nthreads與nireq值調(diào)大，只會效能更差而不會變好。

圖5 – CPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16模型效能的變化情形

圖5為CPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16模型的結(jié)果，相對CPU執(zhí)行FP32模型效能的情形，觀察圖3與圖5可以發(fā)現(xiàn)最高的FPS都約為86 FPS，圖3與圖5的效能變化非常相似，這個狀態(tài)顯示CPU在FP32與FP16的執(zhí)行具有相同的效能變化趨勢，nthreads為9時同樣會有一個很大的效能下降，原因與執(zhí)行環(huán)境所采用的硬件有關(guān)，本文章所使用硬件為i7第11代核心，包含4核心共8個Hyper-threading，發(fā)現(xiàn)nthreads分別在9與17的設(shè)定值時，會產(chǎn)生一個相對陡降的FPS結(jié)果。

圖6 – CPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16模型效能的變化情形，nthreads(nt)數(shù)值為2到8、nireq(nr)為3到8的FPS變化情形

由圖6中會發(fā)現(xiàn)最高效能的值雖然在nthreads為3的時候，但是相對的此時的nireq為5，與圖4的nireq為8的情況并不同，此種最佳效能點的差異在各個模型選用時，可以再針對不同的nireq的數(shù)值做最后的量測進(jìn)行尋找最佳參數(shù)點。

觀察CPU執(zhí)行FP32與FP16的模型效能變化狀態(tài)后，圖7中為CPU模式執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16-INT8模型的結(jié)果，當(dāng)nthreads(nt)設(shè)定的值為4、nireq(nr)等于20，量測范圍中最高的效能為116.5 FPS，很明顯的相較于FP32條件下最高為86 FPS高出許多。

從圖7中也可以觀察到nireq等于1，每次輸入1個影像，可以發(fā)現(xiàn)nthreads為4時，最高的效能為68.3FPS，無論nthreads設(shè)定多大，預(yù)測的FPS效能也無法提升，從這個結(jié)果可以觀察到，就算是硬件有很大的效能，nireq控制同時輸入數(shù)據(jù)的數(shù)量，nireq太小相對也會影響整體工作效能。

圖7 – CPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16-INT8模型效能的變化情形

圖8 – CPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16-INT8模型效能的變化情形，nthreads(nt)數(shù)值為2到8、nireq(nr)為2到20的FPS變化情形

圖8為圖7詳細(xì)的變化情形，可以觀察到當(dāng)nthreads(nt)的數(shù)值是4的時候，nireq設(shè)定值大于等于3之后，相對每秒可以執(zhí)行推論的影像效能，相對高于其他的nthreads數(shù)值的推論效能，可以很明顯的感覺在CPU執(zhí)行FP16-INT8的條件下，CPU的核心數(shù)量、nthreads設(shè)定數(shù)值，與推論效能最高點較為一致，進(jìn)一步要注意的是，雖然印象上FP16-INT8執(zhí)行效率相對會好很多，可是同樣的在nthreads為9的時候，一樣會有很大的效能陡降現(xiàn)象出現(xiàn)，在模型實際上線運作時候，需要先注意到這樣的現(xiàn)象對應(yīng)于所使用的硬件運作條件(如核心數(shù)量、最大的Hyper-threading數(shù)量)。

GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013模型效能變化情形

圖9 – GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP32模型效能的變化情形

圖9為GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP32模型效能的變化情形，相對CPU的運作狀態(tài)，以nthreads的形式為橫軸坐標(biāo)軸時，會觀察到nireq為1的時候，系統(tǒng)的運作效能相對是最低的，nireq大于1以上很明顯FPS效率好很多，有趣的情況是將圖9轉(zhuǎn)換坐標(biāo)軸，以nireq作為橫軸的狀態(tài)下，可以得到圖10的結(jié)果，此時會發(fā)現(xiàn)有趣的現(xiàn)象，當(dāng)nireq大于3之后，在nireq持續(xù)增加相當(dāng)于不斷的將同時輸入的影像數(shù)量提高時，在同樣的nthreads的情況下，GPU執(zhí)行FP32模型的狀態(tài)，效能其實會持續(xù)降低。

圖10 – GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP32模型效能的變化情形

由圖10的結(jié)果可以得到一個概念，在單純使用GPU狀態(tài)下執(zhí)行FP32模型的時候，同時輸入影像的數(shù)量增大并沒有幫助，GPU執(zhí)行FP32的效能最高為102.7FPS，相對CPU執(zhí)行FP32的效能為86 FPS的狀態(tài)下，單純使用GPU執(zhí)行FP32模型對于單獨CPU執(zhí)行FP32模型約為1.18倍的效能，相對另一個有趣的狀態(tài)是，nthreads設(shè)定的數(shù)值超過8之后，似乎在單純GPU執(zhí)行FP32模型的狀態(tài)下似乎對于推論效能不會有太大的影響，似乎此時設(shè)定nthreads的值，沒有真正的對應(yīng)多個CPU核心運作的效能。

圖11- GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16模型效能的變化情形

圖11為GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16模型效能的變化情形，由圖11的結(jié)果可以得到一個概念，在單純使用GPU狀態(tài)執(zhí)行FP16模型的時候，nireq在小于3的狀態(tài)下，GPU相對的執(zhí)行效能并沒有達(dá)到滿載的狀態(tài)，相對GPU執(zhí)行FP32模型效能最高為102.7FPS，很明顯GPU 在執(zhí)行FP16模型nireq等于2時就已經(jīng)接近130 FPS。

圖12- GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16模型，顯示nireq(nr)為3到20，nthreads(nt)為1到20的效能變化情形

由圖12的結(jié)果可以觀察到，當(dāng)GPU執(zhí)行nireqperson-detection-retail-0013 FP16模型，最高的效能在nireq為5、nthreads(nt)為17此時為148.2FPS，相對在FP32的GPU與CPU運作條件下已有大幅度性能提升，可以觀察到nireq大于等于5之后效能會微幅的下降，nthreads的設(shè)定值大小對于效能的影響并不算太明顯，總結(jié)來說nireq大于3、nthreads設(shè)定值不論是多少，效能都會大于140FPS。

圖13 – GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16-INT8模型效能變化

圖13為GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16-INT8模型效能變化，與GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013 FP16模型比較時，會發(fā)現(xiàn)GPUFP16-INT8之nireq為1與2時，執(zhí)行的FPS與GPU FP16時nireq為1與2的結(jié)果相當(dāng)，而nireq為3時，執(zhí)行效能與GPU執(zhí)行FP16模型的最高FPS相當(dāng)，進(jìn)一步的當(dāng)nireq持續(xù)增加大于5時，nthreads無論是哪種數(shù)值，均可達(dá)到150FPS以上，此結(jié)果顯示GPU執(zhí)行FP16-INT8的效能相對在CPU與其他的GPU模式下，有著非常高的FPS執(zhí)行效率。

圖14 – GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16-INT8模型效能變化

由圖14的結(jié)果可以觀察到GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16-INT8模型效能，與GPU執(zhí)行nireq person-detection-retail-0013 FP16模型比較時會發(fā)現(xiàn)，最高效能為nireq為7、nthreads(nt)為11，此時效能為159.2FPS，明顯高于GPU執(zhí)行FP16模型的148.2FPS的效能。

CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013模型效能變化情形

圖15的結(jié)果可以觀察到CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP32模型效能的變化，要注意的是OpenVINO在同時使用CPU與GPU運作時，nthreads最大的數(shù)值在使用本硬件時只能設(shè)定到7，超過8之后會顯示只能最大設(shè)定到7的訊息，nthreads超過8之后就會顯示會將nthreads 自動設(shè)定為7進(jìn)行預(yù)測，因此CPU+GPU同時運作的環(huán)境，nthreads的量測結(jié)果只有1到8的范圍，而nireq維持1到20的設(shè)定值。另外，在運作的參數(shù)-d中，采用的設(shè)定值是MULTI:GPU,CPU，這樣的條件下會將輸入數(shù)據(jù)優(yōu)先派送GPU，之后再給CPU進(jìn)行處理。

圖15 – CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP32模型效能變化

圖15的結(jié)果可以觀察到CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP32模型效能的變化，與單純使用GPU執(zhí)行nireq person-detection-retail-0013 FP32模型比較時，將圖15放大為圖16，會發(fā)現(xiàn)最高的效能為nireq為14、nthreads(nt)為3，此時效能為106.4FPS，綜合圖15與圖16并且比較單純 CPU執(zhí)行FP32的模型時，當(dāng)nireq大于3時，nthreads持續(xù)增加效能同樣無法繼續(xù)提升。

圖16 – CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP32模型，nireq由5到20，nthreads由1到8的效能變化

圖16的結(jié)果會發(fā)現(xiàn)CPU+GPU執(zhí)行FP32模型最高的106.4FPS，與CPU執(zhí)行FP32的最高85.1FPS相比多了約20FPS，另一方面如果與單純GPU執(zhí)行FP32模型最高95.3FPS相比，大約多10FPS。因此可以得到CPU+GPU的執(zhí)行person-detection-retail-0013 FP32的模型的狀態(tài)下，為FP32模型下最高的執(zhí)行效能(106.4FPS)。

因此如果要求預(yù)測精度為FP32，能夠預(yù)期最好的FPS會在106附近。(nthreads設(shè)定為3、nireq設(shè)定為14、運作裝置為MULTI:GPU,CPU)。

圖17 – CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16模型效能變化

相對圖CPU+GPU執(zhí)行FP32的結(jié)果，圖17與18為CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013F16模型效能的變化。圖18中顯示nthreads為1的狀態(tài)下，nireq為11與19時分別為149與149.5FPS，這兩個數(shù)值都非常高，但是由圖18會發(fā)現(xiàn)與單純GPU執(zhí)行FP16的模型(圖12)有著幾乎相同的最高執(zhí)行FPS，同時nthreads持續(xù)變大時FPS呈現(xiàn)持續(xù)下降，這種結(jié)果呈現(xiàn)CPU+GPU執(zhí)行FP16模型的情況下，GPU與CPU+GPU執(zhí)行的最高效能似乎非常接近。

圖18 – CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16模型，nireq由4到20，nthreads由1到8的效能變化

進(jìn)一步的回頭觀察CPU執(zhí)行FP16模型最高為86.3 FPS，由此也可以發(fā)現(xiàn)單純執(zhí)行GPU或GPU+CPU執(zhí)行FP16的效能，約提高1.73倍的效率，每秒鐘多63FPS。我們可以從上述的觀察中發(fā)現(xiàn)，GPU的運作環(huán)境下，其實nthreads為1的效能就是最好的狀態(tài)，至于nireq要設(shè)定多少，如果在不能夠有太多延遲畫面時間輸入的狀態(tài)下，建議一次輸入6張數(shù)據(jù)以上會有不錯的整體預(yù)測輸出效能，推論速度可以到140 FPS以上。

最后來看圖19中，顯示GPU+CPU執(zhí)行FP16-INT8的模型狀態(tài)，會發(fā)現(xiàn)在nireq小于5的情形下，最高的預(yù)測效能都無法大于160FPS，可以明顯的看到，當(dāng)nthreads為1、nireq大于5的條件下，觀察FPS效能會發(fā)現(xiàn)nireq為14、nthreads為1的狀態(tài)下，可跑出176.9FPS的最高效能，此效能值相對也是CPU、GPU、CPU+GPU執(zhí)行FP16-INT8狀態(tài)下最高的結(jié)果。

圖19 – CPU+GPU執(zhí)行person-detection-retail-0013FP16-INT8模型效能變化

進(jìn)一步討論CPU+GPU執(zhí)行FP16-INT8的結(jié)果，會發(fā)現(xiàn)其實隨著nthreads的增大，在nthreads由2到8之間，其實對nireq為1到5以下似乎沒有變快的效果，另外在nireq為6到20的情況下，在nthreads大于1之后，明顯的預(yù)測的效能不升反將，推想這種情形發(fā)生的原因在于nireq其實也是需要CPU的執(zhí)行資源，當(dāng)把nthreads增大的時候，CPU的資源被瓜分至進(jìn)行預(yù)測處理的后續(xù)工作的部份，然而實際上從數(shù)據(jù)執(zhí)行結(jié)果的現(xiàn)象觀察，似乎只要nthreads設(shè)定為1，讓其他的CPU專心的進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取的動作把數(shù)據(jù)喂給GPU，然后CPU只需要用1個核心，專心的把GPU預(yù)測完的結(jié)果進(jìn)行后續(xù)的處理，這樣的協(xié)同狀態(tài)下的工作組合，就可以達(dá)到很高的效率了。

結(jié)論

將目前觀察到的結(jié)果做一個總結(jié)，你的機(jī)器上面如果只有CPU，當(dāng)然的狀態(tài)只能執(zhí)行CPU運作FP32、FP16、FP16-INT8模型，F(xiàn)P16與FP32的模型在CPU模式下有同樣的效能，主要是系統(tǒng)會先將FP16轉(zhuǎn)換成FP32之后執(zhí)行，要注意的是nthreads的值不能設(shè)定超過核心的Hyper-threading的最大總數(shù)量，否則會有效能陡降的情形。

本文目前測試的模型顯示nthreads的數(shù)量設(shè)定在CPU的核心數(shù)量減1，這個時候的CPU預(yù)測效能會是最好的狀態(tài)，當(dāng)然部份的時候也可以試試看nthreads的數(shù)值設(shè)定與CPU的核心數(shù)量一樣，因為nthreads的數(shù)值超過CPU核心數(shù)目之后，F(xiàn)PS就只會變慢而不會變快了。

如果你的機(jī)器上面有Intel GPU的顯示芯片，目前許多桌上型機(jī)器內(nèi)建Intel GPU顯示芯片，過去只能用來作為顯示適配器使用，其實這時可以將這樣的機(jī)器作為機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測使用，在本文中所測試的狀態(tài)，單純使用GPU實際上有著非常好的運作效能，如果需要維持預(yù)測精準(zhǔn)度又不希望占用CPU的運算效能，可以單純使用GPU執(zhí)行FP32模型，相對已經(jīng)可以快過單純使用CPU執(zhí)行FP32預(yù)測的效能。

最后如果你可以提供機(jī)器全部的效能進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測，在這樣的狀態(tài)CPU+GPU同時協(xié)作，如果你使用的機(jī)器學(xué)習(xí)模型在FP16-INT8的狀態(tài)下可以維持預(yù)測的精確度，則使用CPU+GPU的狀態(tài)下，運作FP16-INT8將大幅度提升預(yù)測的FPS效率，相對CPU FP32格式的模型，CPU+GPU執(zhí)行FP16-INT8相當(dāng)于在同一臺機(jī)器上獲得2倍的預(yù)測效能。

后記

初學(xué)者透過MakerPRO系列文章可以學(xué)習(xí)OpenVINO操作，本文描述了參數(shù)調(diào)整的概念如何的影響OpenVINO模型上線時注意的事項，希望能夠讓系統(tǒng)上線運作模型時，有一定比較清楚要注意的觀念。

本文并沒有提及如何將模型換成FP16-INT8，以及使用benchmark_app比較FP32、FP16、FP16-INT8的結(jié)果，benchmark_app內(nèi)定可以使用隨機(jī)值作為輸入，并單純的測試硬件計算效能對應(yīng)模型推論的FPS結(jié)果。最后，對于多攝影機(jī)、多模型同時運作在OpenVINO的狀態(tài)，之后有機(jī)會再分享了。

審核編輯：湯梓紅