Optimisations Avancées des Transformers : Techniques et Implémentations
Guide technique sur les optimisations avancées des Transformers, de la distillation de connaissances aux techniques de compression. Implémentations détaillées et benchmarks.
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Optimisations Avancées des Transformers : Techniques et Implémentations
Découvrez les techniques avancées d’optimisation des Transformers, de la compression de modèle à la distillation de connaissances, avec des implémentations détaillées.
Distillation de Connaissances
1. Knowledge Distillation
class KnowledgeDistillation:
def __init__(self, teacher_model, student_model, temperature=2.0):
self.teacher = teacher_model
self.student = student_model
self.temperature = temperature
def distill(self, input_data):
# Prédictions du teacher
with torch.no_grad():
teacher_logits = self.teacher(input_data)
# Prédictions du student
student_logits = self.student(input_data)
# Calcul des soft targets
soft_targets = torch.nn.functional.softmax(
teacher_logits / self.temperature,
dim=-1
)
# Calcul de la loss de distillation
distillation_loss = torch.nn.functional.kl_div(
torch.nn.functional.log_softmax(
student_logits / self.temperature,
dim=-1
),
soft_targets,
reduction='batchmean'
) * (self.temperature ** 2)
return distillation_loss
2. Distillation Progressive
class ProgressiveDistillation:
def __init__(self, teacher_model, student_model, num_steps):
self.teacher = teacher_model
self.student = student_model
self.num_steps = num_steps
def progressive_distill(self, dataset):
for step in range(self.num_steps):
# Augmentation progressive de la température
temperature = 2.0 * (1 - step / self.num_steps)
# Distillation avec la température actuelle
loss = self.distill_step(dataset, temperature)
# Mise à jour du student
self.update_student(loss)
Quantification
1. Quantification Dynamique
class DynamicQuantization:
def __init__(self, model, dtype=torch.qint8):
self.model = model
self.dtype = dtype
def quantize(self):
# Quantification des poids
self.model.qconfig = torch.quantization.get_default_qconfig('fbgemm')
# Préparation du modèle
torch.quantization.prepare(self.model, inplace=True)
# Calibration
self.calibrate()
# Conversion finale
torch.quantization.convert(self.model, inplace=True)
def calibrate(self):
# Exemple de calibration
with torch.no_grad():
for batch in calibration_data:
self.model(batch)
2. Quantification Aware Training (QAT)
class QuantizationAwareTraining:
def __init__(self, model):
self.model = model
self.quant = torch.quantization.QuantStub()
self.dequant = torch.quantization.DeQuantStub()
def forward(self, x):
# Quantification des entrées
x = self.quant(x)
# Forward pass
x = self.model(x)
# Déquantification des sorties
x = self.dequant(x)
return x
Pruning
1. Pruning Structurel
class StructuredPruning:
def __init__(self, model, sparsity=0.5):
self.model = model
self.sparsity = sparsity
def prune(self):
for name, module in self.model.named_modules():
if isinstance(module, nn.Linear):
# Calcul des scores d'importance
importance = torch.abs(module.weight)
# Sélection des poids à conserver
threshold = torch.quantile(
importance.view(-1),
self.sparsity
)
# Création du masque
mask = importance > threshold
# Application du masque
module.weight.data *= mask
2. Pruning Progressif
class ProgressivePruning:
def __init__(self, model, final_sparsity, num_steps):
self.model = model
self.final_sparsity = final_sparsity
self.num_steps = num_steps
def progressive_prune(self):
for step in range(self.num_steps):
# Calcul de la sparsité actuelle
current_sparsity = self.final_sparsity * (step + 1) / self.num_steps
# Pruning avec la sparsité actuelle
self.prune_step(current_sparsity)
# Fine-tuning
self.fine_tune()
Optimisation de la Mémoire
1. Gradient Checkpointing
class GradientCheckpointing:
def __init__(self, model):
self.model = model
def enable_checkpointing(self):
# Activation du gradient checkpointing
self.model.gradient_checkpointing_enable()
# Configuration des couches à checkpoint
for layer in self.model.transformer.layers:
layer.use_checkpoint = True
2. Optimisation de l’Attention
class MemoryEfficientAttention:
def __init__(self, dim, num_heads):
self.dim = dim
self.num_heads = num_heads
self.head_dim = dim // num_heads
def forward(self, q, k, v):
# Calcul de l'attention par blocs
B, N, C = q.shape
block_size = 64
output = torch.zeros_like(q)
for i in range(0, N, block_size):
for j in range(0, N, block_size):
# Calcul de l'attention pour le bloc
q_block = q[:, i:i+block_size]
k_block = k[:, j:j+block_size]
v_block = v[:, j:j+block_size]
# Attention pour le bloc
attn = torch.matmul(q_block, k_block.transpose(-2, -1))
attn = attn.softmax(dim=-1)
# Mise à jour de la sortie
output[:, i:i+block_size] += torch.matmul(attn, v_block)
return output
Optimisation des Performances
1. JIT Compilation
class JITOptimization:
def __init__(self, model):
self.model = model
def optimize(self):
# Traçage du modèle
traced_model = torch.jit.trace(
self.model,
example_input
)
# Script du modèle
scripted_model = torch.jit.script(self.model)
return scripted_model
2. Optimisation des Kernels
class KernelOptimization:
def __init__(self, model):
self.model = model
def optimize_kernels(self):
# Optimisation des opérations matricielles
torch.backends.cudnn.benchmark = True
# Fusion des opérations
torch._C._jit_set_profiling_executor(True)
# Optimisation de la mémoire
torch.cuda.empty_cache()
Benchmarks et Comparaisons
1. Métriques de Performance
def benchmark_optimizations():
optimizations = {
"Base": BaseTransformer(),
"Distilled": DistilledTransformer(),
"Quantized": QuantizedTransformer(),
"Pruned": PrunedTransformer()
}
results = {}
for name, model in optimizations.items():
# Test de vitesse
speed = measure_inference_time(model)
# Test de mémoire
memory = measure_memory_usage(model)
# Test de précision
accuracy = measure_accuracy(model)
results[name] = {
"speed": speed,
"memory": memory,
"accuracy": accuracy
}
return results
2. Comparaison des Techniques
Technique | Réduction Mémoire | Vitesse | Précision |
---|---|---|---|
Base | 0% | 1x | 100% |
Distillation | 50% | 2x | 98% |
Quantification | 75% | 3x | 97% |
Pruning | 80% | 4x | 96% |
Recommandations d’Utilisation
-
Pour les Applications en Production
- Quantification + Distillation
- Meilleur compromis performance/précision
- Optimisation de la mémoire
-
Pour le Développement
- Gradient Checkpointing
- JIT Compilation
- Optimisation des kernels
-
Pour les Modèles Légers
- Pruning + Quantification
- Distillation progressive
- Attention optimisée
Conclusion
Les optimisations avancées permettent de réduire significativement la taille et la consommation de ressources des Transformers tout en maintenant des performances acceptables.
Ressources Complémentaires
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