每個(gè) AI 應(yīng)用程序都需要強(qiáng)大的推理引擎。無(wú)論您是部署圖像識(shí)別服務(wù)、智能虛擬助理還是欺詐檢測(cè)應(yīng)用程序，可靠的推理服務(wù)器都能提供快速、準(zhǔn)確和可擴(kuò)展的預(yù)測(cè)，具有低延遲（對(duì)單個(gè)查詢的響應(yīng)時(shí)間較短）和高吞吐量（在給定時(shí)間間隔內(nèi)處理大量查詢）。然而，檢查所有這些方框可能很難實(shí)現(xiàn)，而且成本高昂。

團(tuán)隊(duì)需要考慮部署可以利用以下功能的應(yīng)用程序：

具有獨(dú)立執(zhí)行后端的多種框架（ ONNX 運(yùn)行時(shí)、 TensorFlow 、 PyTorch ）

不同的推理類型（實(shí)時(shí)、批量、流式）

用于混合基礎(chǔ)設(shè)施（ CPU 、 GPU ）的不同推理服務(wù)解決方案

可以顯著影響推理性能的不同模型配置設(shè)置（動(dòng)態(tài)批處理、模型并發(fā)）

這些要求使人工智能推理成為一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，可以通過(guò) NVIDIA Triton 推理服務(wù)器 。

這篇文章提供了一個(gè)逐步提高 AI 推理性能的教程 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí) 使用 NVIDIA Triton 模型分析儀和 ONNX 運(yùn)行時(shí)橄欖 ，如圖 1 所示。

圖 1.使用 ONNX 運(yùn)行時(shí)、 OLive 、 Triton 模型分析器和 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化 PyTorch 模型的工作流

工作流優(yōu)化的機(jī)器學(xué)習(xí)模型

為了提高 AI 推理性能， ONNX Runtime OLive 和 Triton 模型分析器在模型部署之前自動(dòng)執(zhí)行參數(shù)優(yōu)化步驟。這些參數(shù)定義了底層推理引擎將如何執(zhí)行。您可以使用這些工具來(lái)優(yōu)化 ONNX 運(yùn)行時(shí)參數(shù) （執(zhí)行提供程序、會(huì)話選項(xiàng)和精度參數(shù)），以及 Triton 參數(shù) （動(dòng)態(tài)批處理和模型并發(fā)參數(shù)）。

階段 1 ： ONNX 運(yùn)行時(shí)橄欖優(yōu)化

如果 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)是您部署 AI 應(yīng)用程序的地方，那么您可能熟悉 ONNX 運(yùn)行時(shí)。 ONNX Runtime 是微軟的高性能推理引擎，用于跨平臺(tái)運(yùn)行 AI 模型。它可以跨多種配置設(shè)置部署模型，目前 Triton ?聲波風(fēng)廓線儀支持。微調(diào)這些配置設(shè)置需要專門的時(shí)間和領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)。

OLive （ ONNX Runtime Go Live ）是一個(gè) Python 包，通過(guò)使用 ONNX 運(yùn)行時(shí)自動(dòng)化加速模型的工作來(lái)加速此過(guò)程。它提供了兩種功能：將模型轉(zhuǎn)換為 ONNX 格式和自動(dòng)調(diào)整 ONNX 運(yùn)行時(shí)參數(shù)，以最大化推理性能。運(yùn)行 OLive 將隔離并推薦 ONNX 運(yùn)行時(shí)配置設(shè)置，以獲得最佳核心 AI 推理結(jié)果。

您可以使用以下 ONNX 運(yùn)行時(shí)參數(shù)使用 OLive 優(yōu)化 ONNX Runtime BERT 小隊(duì)模型：

執(zhí)行提供程序：ONNX Runtime 通過(guò)其可擴(kuò)展執(zhí)行提供程序（ EP ）框架與不同的硬件加速庫(kù)協(xié)作，以在硬件平臺(tái)上優(yōu)化運(yùn)行 ONNX 模型，該框架可以利用平臺(tái)的計(jì)算能力優(yōu)化執(zhí)行。 OLive 探索了以下執(zhí)行提供程序的優(yōu)化：針對(duì) CPU 的 MLA （默認(rèn) CPU EP ）、英特爾 DNNL 和 OpenVino 、針對(duì) GPU 的 NVIDIA CUDA 和 TensorRT 。

會(huì)話選項(xiàng)：OLive 瀏覽 ONNX 運(yùn)行時(shí)會(huì)話選項(xiàng)，以找到線程控制的最佳配置，包括 inter_op_num_threads、intra_op_num_threads、execution_mode和graph_optimization_level。

精度：OLive 以不同的精度級(jí)別評(píng)估性能，包括float32和float16，并返回最佳精度配置。

在運(yùn)行了優(yōu)化之后，您仍然可能會(huì)在應(yīng)用程序級(jí)別上留下一些性能。使用 Triton 模型分析器可以進(jìn)一步提高端到端吞吐量和延遲，該分析器能夠支持優(yōu)化的 ONNX 運(yùn)行時(shí)模型。

第 2 階段： Triton 模型分析器優(yōu)化

NVIDIA Triton 推理服務(wù)器 是一款開(kāi)源推理服務(wù)軟件，有助于標(biāo)準(zhǔn)化模型部署和執(zhí)行，并在生產(chǎn)中提供快速、可擴(kuò)展的人工智能推理。圖 2 顯示了 Triton 推理服務(wù)器在與客戶端應(yīng)用程序和多個(gè) AI 模型集成時(shí)如何管理客戶端請(qǐng)求。

圖 2. Triton 推理服務(wù)器如何管理客戶端請(qǐng)求

這篇文章將著重于使用 Triton 模型分析器優(yōu)化兩個(gè)主要的 Parabricks 特性：

動(dòng)態(tài)配料：Triton 允許服務(wù)器組合推理請(qǐng)求，以便動(dòng)態(tài)創(chuàng)建批處理。這導(dǎo)致在固定延遲預(yù)算內(nèi)增加吞吐量。

并發(fā)模型：Triton 允許同一模型的多個(gè)模型或?qū)嵗谕幌到y(tǒng)上并行執(zhí)行。這導(dǎo)致吞吐量增加。

當(dāng)以最佳級(jí)別部署時(shí)，這些功能非常強(qiáng)大。當(dāng)以次優(yōu)配置部署時(shí)，性能會(huì)受到影響，使終端應(yīng)用程序容易受到當(dāng)前苛刻的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（延遲、吞吐量和內(nèi)存要求）的影響。

因此，基于預(yù)期用戶流量?jī)?yōu)化批量大小和模型并發(fā)級(jí)別對(duì)于充分挖掘 Triton 的潛力至關(guān)重要。這些優(yōu)化 模型配置設(shè)置 將在嚴(yán)格的延遲約束下提高吞吐量，在部署應(yīng)用程序時(shí)提高 GPU 利用率。該過(guò)程可以使用 Triton 模型分析儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

給定一組約束，包括延遲、吞吐量目標(biāo)或內(nèi)存占用， Triton 模型分析器根據(jù)批量大小、模型并發(fā)性或其他［ZGK22］模型配置設(shè)置的不同級(jí)別，搜索并選擇最大化推理性能的最佳模型配置。部署和優(yōu)化這些功能后，您將看到令人難以置信的結(jié)果。

教程：開(kāi)始優(yōu)化推理性能

在 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)上使用 ONNX Runtime OLive 和 Triton 模型分析器部署優(yōu)化的機(jī)器學(xué)習(xí)模型需要四個(gè)步驟：

發(fā)射 Azure 虛擬機(jī) 使用 NVIDIA GPU 優(yōu)化的虛擬機(jī)映像（ VMI ）

在模型上執(zhí)行 ONNX 、 Runtime 、 OLive 和 Triton 模型分析器參數(shù)優(yōu)化

分析和自定義結(jié)果

將優(yōu)化的 Triton ONNX 運(yùn)行時(shí)模型部署到 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)端點(diǎn)上

要完成本教程，請(qǐng)確保您有一個(gè) Azure 帳戶，可以訪問(wèn) NVIDIA GPU 支持的虛擬機(jī)。例如，使用 Azure ND A100 v4 系列 虛擬機(jī) NVIDIA A100 GPU ， NCasT4 v3 系列 對(duì)于 NVIDIA T4 GPU 或 NCv3 系列 適用于 NVIDIA V100 GPU 。雖然建議使用 ND A100 v4 系列以獲得最大規(guī)模的性能，但本教程使用標(biāo)準(zhǔn)的 NC6s _ v3 虛擬機(jī)，使用單個(gè) NVIDIA V100 GPU 。

步驟 1 ：使用 NVIDIA 的 GPU 優(yōu)化 VMI 啟動(dòng) Azure 虛擬機(jī)

本教程使用 NVIDIA GPU 優(yōu)化 VMI 在 Azure 市場(chǎng)上可用。它預(yù)先配置了 NVIDIA GPU 驅(qū)動(dòng)程序、 CUDA 、 Docker 工具包、運(yùn)行時(shí)和其他依賴項(xiàng)。此外，它還為開(kāi)發(fā)人員構(gòu)建 AI 應(yīng)用程序提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化堆棧。

為了最大限度地提高性能， NVIDIA 每季度對(duì)該 VMI 進(jìn)行驗(yàn)證和更新，并提供最新的驅(qū)動(dòng)程序、安全補(bǔ)丁和對(duì)最新 GPU 的支持。

有關(guān)如何在 Azure VM 上啟動(dòng)和連接 NVIDIA GPU 優(yōu)化 VMI 的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 Azure 虛擬機(jī)上的 NGC 文檔 。

第 2 步：執(zhí)行 ONNX Runtime OLive 和 Triton 模型分析器優(yōu)化

使用 SSH 連接到 Azure 虛擬機(jī)并加載 NVIDIA GPU 優(yōu)化的 VMI 后，即可開(kāi)始執(zhí)行 ONNX Runtime OLive 和 Triton 模型分析器優(yōu)化。

首先，克隆 GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)并通過(guò)運(yùn)行以下命令導(dǎo)航到內(nèi)容根目錄：git clone https://github.com/microsoft/OLive.git

接下來(lái)，加載Triton 服務(wù)器容器請(qǐng)注意，本教程使用版本號(hào) 22.06 。

复制docker run --gpus=1 --rm -it -v “$(pwd)”:/models nvcr.io/nvidia/tritonserver:22.06-py3 /bin/bash

加載后，導(dǎo)航到安裝 GitHub 材料的复制/models文件夾：

复制cd /models 

下載 OLive 和 ONNX 運(yùn)行時(shí)包，以及要優(yōu)化的模型。然后，通過(guò)設(shè)置以下環(huán)境變量，指定要優(yōu)化的模型的位置：

導(dǎo)出模型_位置= https://olivewheels.blob.core.windows.net/models/bert-base-cased-squad.pth

導(dǎo)出模型_文件名= bert-base-cased-squad.pth

您可以使用您選擇的模型調(diào)整上面提供的位置和文件名。為了獲得最佳性能，請(qǐng)直接從 NGC 目錄 這些模型被訓(xùn)練到高精度，并且具有高級(jí)證書和代碼樣本。

接下來(lái)，運(yùn)行以下腳本：

复制bash download.sh $model_location $export model_filename

腳本將下載三個(gè)文件到您的機(jī)器上：

• 橄欖包裝：复制onnxruntime_olive-0.3.0-py3-none-any.whl
• ONNX 運(yùn)行時(shí)包：复制onnxruntime_gpu_tensorrt-1.9.0-cp38-cp38-linux_x86_64.whl
• PyTorch Model:复制bert-base-cased-squad.pth

在運(yùn)行圖 1 中的管道之前，首先通過(guò)設(shè)置環(huán)境變量指定其輸入?yún)?shù)：

• 出口复制model_name=bertsquad
• 出口复制model_type=pytorch
• 出口复制in_names=input_names,input_mask,segment_ids
• 出口复制in_shapes=[[-1,256],[-1,256],[-1,256]]
• 出口复制in_types=int64,int64,int64
• 出口复制out_names=start,end

參數(shù)复制in_names、复制in_shapes和复制in_types指模型預(yù)期輸入的名稱、形狀和類型。在這種情況下，輸入是長(zhǎng)度為 256 的序列，但它們被指定為[-1256]，以允許對(duì)輸入進(jìn)行批處理。您可以更改與模型及其預(yù)期輸入和輸出相對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。

現(xiàn)在，您可以通過(guò)執(zhí)行以下命令來(lái)運(yùn)行管道：

复制bash optimize.sh $model_filename $model_name $model_type  $in_names $in_shapes $in_types $out_names

該命令首先安裝所有必要的庫(kù)和依賴項(xiàng)，并調(diào)用 OLive 將原始模型轉(zhuǎn)換為 ONNX 格式。

接下來(lái)，調(diào)用 Triton 模型分析器，自動(dòng)生成帶有模型元數(shù)據(jù)的模型配置文件。然后將配置文件傳遞回 OLive ，以通過(guò)前面討論的 ONNX 運(yùn)行時(shí)參數(shù)（執(zhí)行提供程序、會(huì)話選項(xiàng)和精度）進(jìn)行優(yōu)化。

為了進(jìn)一步提高吞吐量和延遲，然后將 ONNX 運(yùn)行時(shí)優(yōu)化的模型配置文件傳遞到 Triton 模型庫(kù)中，供 Parabricks 模型分析器工具使用。 Triton 模型分析器然后運(yùn)行profile命令，它設(shè)置優(yōu)化搜索空間，并使用.yaml配置文件指定 Triton 模型存儲(chǔ)庫(kù)的位置（見(jiàn)圖 3 ）。

圖 3.概要配置文件概述了 Triton 模型分析器搜索空間，以優(yōu)化推理性能

上述配置文件可用于以多種方式自定義 Triton 模型分析器的搜索空間。該文件需要模型存儲(chǔ)庫(kù)的位置、要優(yōu)化的參數(shù)及其范圍，以創(chuàng)建 Triton 模型分析器用于查找最佳配置設(shè)置的搜索空間。

第 1-5 行指定了重要的路徑，例如優(yōu)化模型所在的輸出模型存儲(chǔ)庫(kù)的位置。

第 10 行指定了參數(shù) concurrency ，該參數(shù)指定了要由性能分析器，它模擬用戶流量。

第 15 行指定了bert_default 模型，其對(duì)應(yīng)于從 PyTorch 到 ONNX 轉(zhuǎn)換獲得的默認(rèn)模型。該模型是基線模型，因此使用了動(dòng)態(tài)批處理（第 17 行）和模型并發(fā)（第 20 行）的非優(yōu)化值

第 19 行和第 32 行顯示了在優(yōu)化過(guò)程中必須滿足的 30ms 延遲約束。

第 28 行指定了bertsquad 模型，其對(duì)應(yīng)于橄欖優(yōu)化模型。此模型與bert_default模型不同，因?yàn)榇颂幍膭?dòng)態(tài)批處理參數(shù)搜索空間設(shè)置為 1 、 2 、 4 、 8 和 16 ，模型并發(fā)參數(shù)搜索空間設(shè)為 1 、 3 、 4 和 5 。

profile命令記錄每個(gè)并發(fā)推理請(qǐng)求級(jí)別的結(jié)果，并且對(duì)于每個(gè)并行推理請(qǐng)求級(jí)別，記錄 25 個(gè)不同參數(shù)的結(jié)果，因?yàn)閯?dòng)態(tài)批處理和模型并發(fā)參數(shù)的搜索空間分別具有五個(gè)唯一值，總計(jì)等于 25 個(gè)不同的參數(shù)。請(qǐng)注意，運(yùn)行此操作所需的時(shí)間將隨著圖 3 中概要文件配置文件中搜索空間中提供的配置數(shù)量的增加而增加。

腳本然后運(yùn)行Triton 模型分析儀分析命令使用圖 4 所示的附加配置文件來(lái)處理結(jié)果。該文件指定了輸出模型存儲(chǔ)庫(kù)的位置，其中通過(guò)profile命令生成結(jié)果，以及將記錄性能結(jié)果的 CSV 文件的名稱。

圖 4.分析用于運(yùn)行analyze命令的配置文件，并處理profile命令的結(jié)果

雖然profile和analyze命令可能需要幾個(gè)小時(shí)才能運(yùn)行，但優(yōu)化的模型配置設(shè)置將確保部署的模型具有強(qiáng)大的長(zhǎng)期推理性能。對(duì)于較短的運(yùn)行時(shí)間，調(diào)整模型配置文件（圖 3 ），在希望優(yōu)化的參數(shù)上使用較小的搜索空間。

演示運(yùn)行完成后，將生成兩個(gè)文件： optim _ Results 。 png ，如圖 5 所示，以及 Optimal _ ConfigFile _ Location 。 txt ，表示要部署在 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)上的最佳配置文件的位置。建立非優(yōu)化基線（藍(lán)線）。通過(guò) OLive 優(yōu)化實(shí)現(xiàn)的性能提升如圖所示（淺綠線），以及 OLive + Triton 模型分析器優(yōu)化（深綠線）。

步驟 3 ：分析性能結(jié)果

圖 5.在使用單個(gè) V100 NVIDIA GPU 的 Azure 虛擬機(jī)（ Standard _ NC6s _ v3 ）上應(yīng)用 OLive plus Triton Model Analyzer 優(yōu)化配置設(shè)置時(shí)，推理吞吐量提高了 10 倍。（注意：這不是官方基準(zhǔn)。）

基線對(duì)應(yīng)于具有非優(yōu)化 ONNX 運(yùn)行時(shí)參數(shù)（ CUDA 后端，具有全精度）和非優(yōu)化 Triton 參數(shù)（無(wú)動(dòng)態(tài)批處理和模型并發(fā)）的模型。隨著基線的建立，很明顯，從 OLive 和 Triton 模型分析器在各種推理請(qǐng)求并發(fā)級(jí)別（ x 軸）上的優(yōu)化中獲得的推理吞吐量性能（ y 軸）有了很大提升，仿真結(jié)果如下：Triton 性能分析儀，一種通過(guò)生成推理請(qǐng)求來(lái)模擬用戶流量的工具。

OLive 優(yōu)化通過(guò)以混合精度將執(zhí)行提供程序調(diào)整為 TensorRT 以及其他 ONNX 運(yùn)行時(shí)參數(shù)，提高了模型性能（淺綠線）。然而，這顯示了沒(méi)有 Triton 動(dòng)態(tài)批處理或模型并發(fā)的性能。因此，可以使用 Triton 模型分析器進(jìn)一步優(yōu)化該模型。

Triton 模型分析器在優(yōu)化模型并發(fā)性和動(dòng)態(tài)批處理后，進(jìn)一步將推理性能提高了 20% （深綠線）。 Triton 模型分析器選擇的最終最佳值是兩個(gè)模型并發(fā)性（兩個(gè) BERT 模型副本將保存在 GPU 上）和 16 個(gè)最大動(dòng)態(tài)批處理級(jí)別（一次最多 16 個(gè)推理請(qǐng)求將一起批處理）。

總體而言，使用優(yōu)化參數(shù)的推理性能增益超過(guò) 10 倍。

此外，如果您希望應(yīng)用程序具有特定級(jí)別的推理請(qǐng)求，則可以通過(guò)配置Triton perf_analyzer.您還可以調(diào)整模型配置文件，以包括：要優(yōu)化的其他參數(shù)例如延遲分批。

您現(xiàn)在可以使用 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)部署優(yōu)化模型了。

步驟 4 ：將優(yōu)化模型部署到 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)端點(diǎn)

部署優(yōu)化的人工智能模型，以便在使用 Triton 的 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)涉及使用托管在線端點(diǎn)和Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)工作室沒(méi)有代碼接口。

托管在線端點(diǎn)幫助您以交鑰匙方式部署 ML 模型。它負(fù)責(zé)服務(wù)、擴(kuò)展、保護(hù)和監(jiān)控您的模型，將您從設(shè)置和管理底層基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)銷中解放出來(lái)。

要繼續(xù)，請(qǐng)確保已下載Azure CLI，并且手頭有圖 6 所示的 YAML 文件。

圖 6.優(yōu)化 BERT 模型的 YAML 文件

第一注冊(cè)您的模型使用上述 YAML 文件以 Triton 格式。您注冊(cè)的模型應(yīng)該類似于圖 7 ，如模型所示 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)工作室的頁(yè)面。

圖 7.Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)工作室注冊(cè)的優(yōu)化模型

接下來(lái)，選擇 Triton 模型，選擇“部署”，然后選擇“部署到實(shí)時(shí)端點(diǎn)”繼續(xù)通過(guò)向?qū)?ONNX 運(yùn)行時(shí)和 Triton 優(yōu)化模型部署到端點(diǎn)。請(qǐng)注意，將 Triton 模型部署到 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)管理端點(diǎn)時(shí)，不需要評(píng)分腳本。

祝賀現(xiàn)在，您已經(jīng)在 Azure 機(jī)器學(xué)習(xí)上部署了一個(gè) BERT 小隊(duì)模型，該模型使用 ONNX 運(yùn)行時(shí)和 Triton 參數(shù)優(yōu)化了推理性能。通過(guò)優(yōu)化這些參數(shù)，相對(duì)于未優(yōu)化的基線 BERT 小隊(duì)模型，您的性能提高了 10 倍。

關(guān)于作者

Manuel J.Reyes Gomez 是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的數(shù)據(jù)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐者。他還是微軟公司的 NVIDIA 開(kāi)發(fā)者關(guān)系經(jīng)理，負(fù)責(zé)監(jiān)督兩家公司之間的協(xié)作 AI 和 ML 項(xiàng)目。

Emma Ning 是微軟人工智能框架團(tuán)隊(duì)的主要項(xiàng)目經(jīng)理，專注于人工智能模型的操作和加速，以及開(kāi)放和可互操作人工智能的 ONNX / ONNX 運(yùn)行時(shí)。她在利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的搜索引擎領(lǐng)域擁有超過(guò)五年的產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，并花了六年多的時(shí)間探索人工智能在各種企業(yè)中的應(yīng)用。她熱衷于引入人工智能解決方案來(lái)解決業(yè)務(wù)問(wèn)題，并提高產(chǎn)品體驗(yàn)。

Lei Qiao 是微軟人工智能框架團(tuán)隊(duì)的軟件工程師，專注于深度學(xué)習(xí)模型推理加速。她在將這些加速技術(shù)集成到不同的機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)方面也很有經(jīng)驗(yàn)。

Rohil Bhargava 是 NVIDIA 的產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理，專注于在特定 CSP 平臺(tái)上部署 NVIDIA 應(yīng)用程序框架和 SDK 。在加入 NVIDIA 之前，羅希爾曾擔(dān)任金融服務(wù)行業(yè)的顧問(wèn)和產(chǎn)品經(jīng)理。他的工作加速了人工智能在銀行遺留決策過(guò)程中的采用和分析工作流。他目前在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)攻讀技術(shù)戰(zhàn)略 MBA ，并擁有西北大學(xué)工業(yè)工程和經(jīng)濟(jì)學(xué)學(xué)士學(xué)位。

審核編輯：郭婷