once-for-all

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1.9k 343 简单 1 次阅读 4天前MIT图像开发框架
AI 解读 由 AI 自动生成,仅供参考

Once-for-All 是一个创新的深度学习框架,旨在解决神经网络在不同硬件设备上高效部署的难题。传统方法通常需要为每种特定的硬件约束(如手机、边缘设备或 FPGA)重新训练专用模型,耗时且资源消耗巨大。Once-for-All 颠覆了这一流程,主张“一次训练,多次专用”:只需训练一个包含大量子网络结构的超网,即可从中直接提取出适应各种延迟、能耗和精度要求的专用子模型,无需再次训练。

该项目由麻省理工学院韩松团队提出,曾荣获 ICLR 2020 最佳论文提名,并在多项国际低功耗视觉挑战赛中夺冠。其核心亮点在于强大的灵活性与卓越的性能,例如在移动端设置下仍能保持 80% 以上的 ImageNet 顶级准确率,且在多种硬件平台上表现优于经典的 MobileNetV3。此外,它还提供了包括 ResNet50 在内的多种预训练模型支持。

Once-for-All 非常适合 AI 研究人员、算法工程师以及需要在多样化终端设备部署模型的开发者使用。无论是希望探索神经架构搜索(NAS)前沿技术的研究者,还是追求极致推理效率的工程团队,都能通过它快速获得针对特定场景优化的高质量模型,大幅降低部署门槛与时间成本。目前该工具已集成至 PyTorch Hub,并支持通过 pip 一键安装,方便用户立即上手体验。

使用场景

某边缘计算团队需将图像分类模型部署到从低端 IoT 传感器到高端工业网关等十余种不同算力的硬件设备上。

没有 once-for-all 时

  • 重复训练成本高昂:针对每种硬件约束(如延迟、能耗),团队必须从头单独训练一个专用模型,耗费数周 GPU 机时。
  • 架构搜索效率低下:为寻找最优网络结构,需在每个设备上反复进行神经架构搜索(NAS),开发周期被严重拉长。
  • 存储与维护困难:最终需维护十几个独立的模型文件,占用大量存储空间,且版本迭代更新极其繁琐。
  • 性能妥协明显:受限于单点优化的局限,部分极端受限设备上的模型精度难以突破瓶颈,无法兼顾效率与准确率。

使用 once-for-all 后

  • 一次训练全域覆盖:只需训练一个超网(Supernet),即可从中直接提取适配任意硬件约束的子网,训练时间缩短 90% 以上。
  • 秒级专属模型生成:无需重新搜索或训练,通过调整深度、宽度等参数,几分钟内即可生成针对特定芯片的最优子网。
  • 统一模型仓库管理:所有专用设备共享同一套权重文件,大幅降低存储开销,模型更新只需替换超网即可同步所有端侧。
  • 精度与效率双优:在移动端及嵌入式设备上,生成的子网在保持极低延迟的同时,ImageNet 顶一准确率稳定超过 80%,优于手动设计的 MobileNetV3。

once-for-all 通过“训练一次,按需特化”的模式,彻底解决了多场景部署中效率与精度的矛盾,让异构硬件适配变得像搭积木一样简单高效。

运行环境要求

操作系统
  • Linux
GPU
  • 训练必需:需多卡 NVIDIA GPU 环境(示例命令使用 32 卡),依赖 Horovod 和 NCCL
  • 推理未强制要求 GPU,支持 CPU (Intel Xeon + MKL-DNN) 及多种边缘设备 (Jetson, FPGA 等)
  • 具体显存和 CUDA 版本未在文中明确说明
内存

未说明

依赖
notes该工具主要用于神经架构搜索 (NAS) 和模型部署优化。训练阶段需要分布式环境(支持 mpirun 或 horovodrun),示例显示需 32 个进程。预训练模型可通过 PyTorch Hub 或 pip (pip install ofa) 获取。支持针对特定硬件(如手机、GPU、CPU)延迟或算力约束自动采样专用子网络。
python3.6+
pytorch>=1.4.0
horovod
mpirun (OpenMPI)
once-for-all hero image

快速开始

一次训练,多次部署:训练一个网络并将其专业化以实现高效部署 [arXiv] [幻灯片] [视频]

@inproceedings{
  cai2020once,
  title={Once for All: Train One Network and Specialize it for Efficient Deployment},
  author={Han Cai and Chuang Gan and Tianzhe Wang and Zhekai Zhang and Song Han},
  booktitle={International Conference on Learning Representations},
  year={2020},
  url={https://arxiv.org/pdf/1908.09791.pdf}
}

[新闻] Once-for-All 现已在 PyTorch Hub 上可用!

[新闻] Once-for-All (OFA) 网络已被 SONY 神经架构搜索库 采用。

[新闻] Once-for-All (OFA) 网络已被 ADI MAX78000/MAX78002 模型训练与合成工具 采用。

[新闻] Once-for-All (OFA) 网络已被阿里巴巴采用,并在 MLPerf 推理基准测试的开放组中排名第一(数据中心 Datacenter 和边缘 Edge)。

[新闻]CVPR 2020 低功耗计算机视觉挑战赛 中获得第一名,涵盖 CPU 检测和 FPGA 赛道。

[新闻] OFA-ResNet50 已发布。

[新闻] OFA 的 动手教程 已发布!

[新闻] OFA 现可通过 pip 安装!运行 pip install ofa 即可安装完整的 OFA 代码库。

[新闻] 在第四届 低功耗计算机视觉挑战赛 中获得第一名,包括分类和检测两个赛道。

[新闻] 在第三届 低功耗计算机视觉挑战赛 中获得第一名,使用 Once-for-all 网络在 ICCV’19 的 DSP 赛道上获胜。

一次训练,针对多种部署场景进行专业化

在移动设备环境下达到 80% 的 ImageNet Top-1 准确率

在多种硬件平台上持续优于 MobileNetV3

OFA-ResNet50 [使用方法]

如何使用/评估 OFA 网络

使用

""" OFA 网络。
    示例:ofa_network = ofa_net('ofa_mbv3_d234_e346_k357_w1.0', pretrained=True)
""" 
from ofa.model_zoo import ofa_net
ofa_network = ofa_net(net_id, pretrained=True)
    
# 从 OFA 网络中随机采样子网络
ofa_network.sample_active_subnet()
random_subnet = ofa_network.get_active_subnet(preserve_weight=True)
    
# 手动设置子网络
ofa_network.set_active_subnet(ks=7, e=6, d=4)
manual_subnet = ofa_network.get_active_subnet(preserve_weight=True)

评估

python eval_ofa_net.py --path '您的 ImageNet 数据路径' --net ofa_mbv3_d234_e346_k357_w1.0

OFA 网络 设计空间 分辨率 宽度倍数 深度 扩展比 卷积核大小
ofa_resnet50 ResNet50D 128 - 224 0.65, 0.8, 1.0 0, 1, 2 0.2, 0.25, 0.35 3
ofa_mbv3_d234_e346_k357_w1.0 MobileNetV3 128 - 224 1.0 2, 3, 4 3, 4, 6 3, 5, 7
ofa_mbv3_d234_e346_k357_w1.2 MobileNetV3 160 - 224 1.2 2, 3, 4 3, 4, 6 3, 5, 7
ofa_proxyless_d234_e346_k357_w1.3 ProxylessNAS 128 - 224 1.3 2, 3, 4 3, 4, 6 3, 5, 7

如何使用/评估 OFA 专业化网络

使用

""" OFA 专业化网络。
示例:net, image_size = ofa_specialized('flops@595M_top1@80.0_finetune@75', pretrained=True)
""" 
from ofa.model_zoo import ofa_specialized
net, image_size = ofa_specialized(net_id, pretrained=True)

评估

python eval_specialized_net.py --path '您指向 imagent 的路径' --net flops@595M_top1@80.0_finetune@75

模型名称 详情 Top-1 (%) Top-5 (%) 参数量 计算量
ResNet50 设计空间
ofa-resnet50D-41 resnet50D_MAC@4.1B_top1@79.8 79.8 94.7 30.9M 4.1B
ofa-resnet50D-37 resnet50D_MAC@3.7B_top1@79.7 79.7 94.7 26.5M 3.7B
ofa-resnet50D-30 resnet50D_MAC@3.0B_top1@79.3 79.3 94.5 28.7M 3.0B
ofa-resnet50D-24 resnet50D_MAC@2.4B_top1@79.0 79.0 94.2 29.0M 2.4B
ofa-resnet50D-18 resnet50D_MAC@1.8B_top1@78.3 78.3 94.0 20.7M 1.8B
ofa-resnet50D-12 resnet50D_MAC@1.2B_top1@77.1_finetune@25 77.1 93.3 19.3M 1.2B
ofa-resnet50D-09 resnet50D_MAC@0.9B_top1@76.3_finetune@25 76.3 92.9 14.5M 0.9B
ofa-resnet50D-06 resnet50D_MAC@0.6B_top1@75.0_finetune@25 75.0 92.1 9.6M 0.6B
FLOPs
ofa-595M flops@595M_top1@80.0_finetune@75 80.0 94.9 9.1M 595M
ofa-482M flops@482M_top1@79.6_finetune@75 79.6 94.8 9.1M 482M
ofa-389M flops@389M_top1@79.1_finetune@75 79.1 94.5 8.4M 389M
LG G8
ofa-lg-24 LG-G8_lat@24ms_top1@76.4_finetune@25 76.4 93.0 5.8M 230M
ofa-lg-16 LG-G8_lat@16ms_top1@74.7_finetune@25 74.7 92.0 5.8M 151M
ofa-lg-11 LG-G8_lat@11ms_top1@73.0_finetune@25 73.0 91.1 5.0M 103M
ofa-lg-8 LG-G8_lat@8ms_top1@71.1_finetune@25 71.1 89.7 4.1M 74M
Samsung S7 Edge
ofa-s7edge-88 s7edge_lat@88ms_top1@76.3_finetune@25 76.3 92.9 6.4M 219M
ofa-s7edge-58 s7edge_lat@58ms_top1@74.7_finetune@25 74.7 92.0 4.6M 145M
ofa-s7edge-41 s7edge_lat@41ms_top1@73.1_finetune@25 73.1 91.0 4.7M 96M
ofa-s7edge-29 s7edge_lat@29ms_top1@70.5_finetune@25 70.5 89.5 3.8M 66M
Samsung Note8
ofa-note8-65 note8_lat@65ms_top1@76.1_finetune@25 76.1 92.7 5.3M 220M
ofa-note8-49 note8_lat@49ms_top1@74.9_finetune@25 74.9 92.1 6.0M 164M
ofa-note8-31 note8_lat@31ms_top1@72.8_finetune@25 72.8 90.8 4.6M 101M
ofa-note8-22 note8_lat@22ms_top1@70.4_finetune@25 70.4 89.3 4.3M 67M
Samsung Note10
ofa-note10-64 note10_lat@64ms_top1@80.2_finetune@75 80.2 95.1 9.1M 743M
ofa-note10-50 note10_lat@50ms_top1@79.7_finetune@75 79.7 94.9 9.1M 554M
ofa-note10-41 note10_lat@41ms_top1@79.3_finetune@75 79.3 94.5 9.0M 457M
ofa-note10-30 note10_lat@30ms_top1@78.4_finetune@75 78.4 94.2 7.5M 339M
ofa-note10-22 note10_lat@22ms_top1@76.6_finetune@25 76.6 93.1 5.9M 237M
ofa-note10-16 note10_lat@16ms_top1@75.5_finetune@25 75.5 92.3 4.9M 163M
ofa-note10-11 note10_lat@11ms_top1@73.6_finetune@25 73.6 91.2 4.3M 110M
ofa-note10-08 note10_lat@8ms_top1@71.4_finetune@25 71.4 89.8 3.8M 79M
Google Pixel1
ofa-pixel1-143 pixel1_lat@143ms_top1@80.1_finetune@75 80.1 95.0 9.2M 642M
ofa-pixel1-132 pixel1_lat@132ms_top1@79.8_finetune@75 79.8 94.9 9.2M 593M
ofa-pixel1-79 pixel1_lat@79ms_top1@78.7_finetune@75 78.7 94.2 8.2M 356M
ofa-pixel1-58 pixel1_lat@58ms_top1@76.9_finetune@75 76.9 93.3 5.8M 230M
ofa-pixel1-40 pixel1_lat@40ms_top1@74.9_finetune@25 74.9 92.1 6.0M 162M
ofa-pixel1-28 pixel1_lat@28ms_top1@73.3_finetune@25 73.3 91.0 5.2M 109M
ofa-pixel1-20 pixel1_lat@20ms_top1@71.4_finetune@25 71.4 89.8 4.3M 77M
Google Pixel2
ofa-pixel2-62 pixel2_lat@62ms_top1@75.8_finetune@25 75.8 92.7 5.8M 208M
ofa-pixel2-50 pixel2_lat@50ms_top1@74.7_finetune@25 74.7 91.9 4.7M 166M
ofa-pixel2-35 pixel2_lat@35ms_top1@73.4_finetune@25 73.4 91.1 5.1M 113M
ofa-pixel2-25 pixel2_lat@25ms_top1@71.5_finetune@25 71.5 90.1 4.1M 79M
1080ti GPU (批量大小 64)
ofa-1080ti-27 1080ti_gpu64@27ms_top1@76.4_finetune@25 76.4 93.0 6.5M 397M
ofa-1080ti-22 1080ti_gpu64@22ms_top1@75.3_finetune@25 75.3 92.4 5.2M 313M
ofa-1080ti-15 1080ti_gpu64@15ms_top1@73.8_finetune@25 73.8 91.3 6.0M 226M
ofa-1080ti-12 1080ti_gpu64@12ms_top1@72.6_finetune@25 72.6 90.9 5.9M 165M
V100 GPU (批量大小 64)
ofa-v100-11 v100_gpu64@11ms_top1@76.1_finetune@25 76.1 92.7 6.2M 352M
ofa-v100-09 v100_gpu64@9ms_top1@75.3_finetune@25 75.3 92.4 5.2M 313M
ofa-v100-06 v100_gpu64@6ms_top1@73.0_finetune@25 73.0 91.1 4.9M 179M
ofa-v100-05 v100_gpu64@5ms_top1@71.6_finetune@25 71.6 90.3 4.2M 141M
Jetson TX2 GPU (批量大小 16)
ofa-tx2-96 tx2_gpu16@96ms_top1@75.8_finetune@25 75.8 92.7 6.2M 349M
ofa-tx2-80 tx2_gpu16@80ms_top1@75.4_finetune@25 75.4 92.4 5.2M 313M
ofa-tx2-47 tx2_gpu16@47ms_top1@72.9_finetune@25 72.9 91.1 4.9M 179M
ofa-tx2-35 tx2_gpu16@35ms_top1@70.3_finetune@25 70.3 89.4 4.3M 121M
Intel Xeon CPU with MKL-DNN (批量大小 1)
ofa-cpu-17 cpu_lat@17ms_top1@75.7_finetune@25 75.7 92.6 4.9M 365M
ofa-cpu-15 cpu_lat@15ms_top1@74.6_finetune@25 74.6 92.0 4.9M 301M
ofa-cpu-11 cpu_lat@11ms_top1@72.0_finetune@25 72.0 90.4 4.4M 160M
ofa-cpu-10 cpu_lat@10ms_top1@71.1_finetune@25 71.1 89.9 4.2M 143M

如何训练 OFA 网络

mpirun -np 32 -H <server1_ip>:8,<server2_ip>:8,<server3_ip>:8,<server4_ip>:8 \
    -bind-to none -map-by slot \
    -x NCCL_DEBUG=INFO -x LD_LIBRARY_PATH -x PATH \
    python train_ofa_net.py

horovodrun -np 32 -H <server1_ip>:8,<server2_ip>:8,<server3_ip>:8,<server4_ip>:8 \
    python train_ofa_net.py

介绍视频

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实操教程视频

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需求

  • Python 3.6+
  • Pytorch 1.4.0+
  • ImageNet 数据集
  • Horovod

自动化且高效的深度学习相关工作:

[ProxylessNAS:针对目标任务与硬件的直接神经架构搜索](ICLR’19)

[用于构建高效且专用神经网络的AutoML](IEEE Micro)

[AMC:面向移动设备模型压缩与加速的AutoML](ECCV’18)

[HAQ:面向硬件的自动化量化](CVPR’19,口头报告)

版本历史

v0.12020/06/16

常见问题

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