为了弥合深度神经网络的复杂性和硬件能力之间不断增加的差距，网络量化引起了越来越多的研究关注。混合精度量化的最新趋势利用硬件的多个位宽度算术运算来释放网络量化的全部潜力。然而，这也导致困难的整数编程配方，并且即使使用各种放松，大多数现有方法也能使用极其耗时的搜索过程。我们建议优化一个代理度量，而不是解决原始整数编程的问题，而是与整数编程的丢失高度相关的网络正交性的概念，而是用线性编程易于优化。该方法通过数量级的秩序减少了搜索时间和所需的数据量，符合量化精度几乎没有妥协。具体而言，我们在Reset-18上获得72.08％的前1个精度，6.7MB不需要任何搜索迭代。鉴于我们的算法的高效率和低数据依赖性，我们将其用于训练后量化，该量化仅在MobileNetv2上实现71.27％的前1个精度，只有1.5MB。我们的代码可在https://github.com/mac-automl/oppq上获得。

Mixed-precision quantization has received increasing attention for its capability of reducing the computational burden and speeding up the inference time. Existing methods usually focus on the sensitivity of different network layers, which requires a time-consuming search or training process. To this end, a novel mixed-precision quantization method, termed CSMPQ, is proposed. Specifically, the TF-IDF metric that is widely used in natural language processing (NLP) is introduced to measure the class separability of layer-wise feature maps. Furthermore, a linear programming problem is designed to derive the optimal bit configuration for each layer. Without any iterative process, the proposed CSMPQ achieves better compression trade-offs than the state-of-the-art quantization methods. Specifically, CSMPQ achieves 73.03$\%$ Top-1 acc on ResNet-18 with only 59G BOPs for QAT, and 71.30$\%$ top-1 acc with only 1.5Mb on MobileNetV2 for PTQ.

尽管在许多计算机视觉任务上具有卓越的性能，但深度卷积神经网络众所周知，在具有资源限制的设备上被压缩。大多数现有的网络修剪方法需要艰苦的人类努力和禁止的计算资源，特别是当约束改变时。当需要部署在各种设备上时，这实际上限制了模型压缩的应用。此外，现有的方法仍然受到缺失的理论指导挑战。在本文中，我们提出了一种信息理论启发的自动模型压缩策略。我们的方法背后的原理是信息瓶颈理论，即隐藏的表示应该彼此压缩信息。因此，我们在网络激活中介绍了标准化的Hilbert-Schmidt独立性标准（NHSIC），作为层重要性的稳定和广义指标。当给出某个资源约束时，我们将HSIC指示器与约束将架构搜索问题转换为具有二次约束的线性编程问题。这种问题很容易通过几秒钟的凸优化方法解决。我们还提供严格的证据，揭示优化归一化的HSIC同时最小化不同层之间的相互信息。没有任何搜索过程，我们的方法实现了与最先进的压缩算法相比的更好的压缩权衡。例如，通过Reset-50，我们达到了45.3％的杂志，在想象中有75.75前1个精度。代码是在https://github.com/mac-automl/itpruner/tree/master上的途径。

为了以计算有效的方式部署深层模型，经常使用模型量化方法。此外，由于新的硬件支持混合的位算术操作，最近对混合精度量化（MPQ）的研究开始通过搜索网络中不同层和模块的优化位低宽，从而完全利用表示的能力。但是，先前的研究主要是在使用强化学习，神经体系结构搜索等的昂贵方案中搜索MPQ策略，或者简单地利用部分先验知识来进行位于刻度分配，这可能是有偏见和优势的。在这项工作中，我们提出了一种新颖的随机量化量化（SDQ）方法，该方法可以在更灵活，更全球优化的空间中自动学习MPQ策略，并具有更平滑的梯度近似。特别是，可区分的位宽参数（DBP）被用作相邻位意选择之间随机量化的概率因素。在获取最佳MPQ策略之后，我们将进一步训练网络使用熵感知的bin正则化和知识蒸馏。我们广泛评估了不同硬件（GPU和FPGA）和数据集的多个网络的方法。 SDQ的表现优于所有最先进的混合或单个精度量化，甚至比较低的位置量化，甚至比各种重新网络和Mobilenet家族的全精度对应物更好，这表明了我们方法的有效性和优势。

目前，神经网络模型的量化方法主要分为训练后量化（PTQ）和量化意识培训（QAT）。培训后量化仅需要一小部分数据即可完成量化过程，但是其定量模型的性能不如量化意识培训。本文提出了一种新颖的量化方法，称为注意弹。该方法给出了参数w有机会映射到所有可能的量化值，而不仅仅是在量化过程中w附近的两个量化值。被映射到不同量化值的概率与量化值和W之间的距离负相关，并随高斯函数衰减。此外，本文使用有损耗的编码长度作为衡量标准，将位宽度分配给模型的不同层以解决混合精度量化的问题，从而有效避免了解决组合优化问题。本文还对不同模型进行了定量实验，结果证实了该方法的有效性。对于RESNET18和MOBILENETV2，本文提出的后培训量化仅需要1,024个培训数据和10分钟即可完成量化过程，这可以在量化意识培训的情况下实现量化性能。

混合精确的深神经网络达到了硬件部署所需的能源效率和吞吐量，尤其是在资源有限的情况下，而无需牺牲准确性。但是，不容易找到保留精度的最佳每层钻头精度，尤其是在创建巨大搜索空间的大量模型，数据集和量化技术中。为了解决这一困难，最近出现了一系列文献，并且已经提出了一些实现有希望的准确性结果的框架。在本文中，我们首先总结了文献中通常使用的量化技术。然后，我们对混合精液框架进行了彻底的调查，该调查是根据其优化技术进行分类的，例如增强学习和量化技术，例如确定性舍入。此外，讨论了每个框架的优势和缺点，我们在其中呈现并列。我们最终为未来的混合精液框架提供了指南。

Although considerable progress has been obtained in neural network quantization for efficient inference, existing methods are not scalable to heterogeneous devices as one dedicated model needs to be trained, transmitted, and stored for one specific hardware setting, incurring considerable costs in model training and maintenance. In this paper, we study a new vertical-layered representation of neural network weights for encapsulating all quantized models into a single one. With this representation, we can theoretically achieve any precision network for on-demand service while only needing to train and maintain one model. To this end, we propose a simple once quantization-aware training (QAT) scheme for obtaining high-performance vertical-layered models. Our design incorporates a cascade downsampling mechanism which allows us to obtain multiple quantized networks from one full precision source model by progressively mapping the higher precision weights to their adjacent lower precision counterparts. Then, with networks of different bit-widths from one source model, multi-objective optimization is employed to train the shared source model weights such that they can be updated simultaneously, considering the performance of all networks. By doing this, the shared weights will be optimized to balance the performance of different quantized models, thus making the weights transferable among different bit widths. Experiments show that the proposed vertical-layered representation and developed once QAT scheme are effective in embodying multiple quantized networks into a single one and allow one-time training, and it delivers comparable performance as that of quantized models tailored to any specific bit-width. Code will be available.

模型二进制化是一种压缩神经网络并加速其推理过程的有效方法。但是，1位模型和32位模型之间仍然存在显着的性能差距。实证研究表明，二进制会导致前进和向后传播中的信息损失。我们提出了一个新颖的分布敏感信息保留网络（DIR-NET），该网络通过改善内部传播和引入外部表示，将信息保留在前后传播中。 DIR-NET主要取决于三个技术贡献：（1）最大化二进制（IMB）的信息：最小化信息损失和通过重量平衡和标准化同时同时使用权重/激活的二进制误差； （2）分布敏感的两阶段估计器（DTE）：通过共同考虑更新能力和准确的梯度来通过分配敏感的软近似来保留梯度的信息； （3）代表性二进制 - 意识蒸馏（RBD）：通过提炼完整精确和二元化网络之间的表示来保留表示信息。 DIR-NET从统一信息的角度研究了BNN的前进过程和后退过程，从而提供了对网络二进制机制的新见解。我们的DIR-NET中的三种技术具有多功能性和有效性，可以在各种结构中应用以改善BNN。关于图像分类和客观检测任务的综合实验表明，我们的DIR-NET始终优于主流和紧凑型体系结构（例如Resnet，vgg，vgg，EfficityNet，darts和mobilenet）下最新的二进制方法。此外，我们在现实世界中的资源有限设备上执行DIR-NET，该设备可实现11.1倍的存储空间和5.4倍的速度。

训练后量化（PTQ）由于其在部署量化的神经网络方面的便利性而引起了越来越多的关注。 Founding是量化误差的主要来源，仅针对模型权重进行了优化，而激活仍然使用圆形至最终操作。在这项工作中，我们首次证明了精心选择的激活圆形方案可以提高最终准确性。为了应对激活舍入方案动态性的挑战，我们通过简单的功能适应圆形边框，以在推理阶段生成圆形方案。边界函数涵盖了重量误差，激活错误和传播误差的影响，以消除元素误差的偏差，从而进一步受益于模型的准确性。我们还使边境意识到全局错误，以更好地拟合不同的到达激活。最后，我们建议使用Aquant框架来学习边界功能。广泛的实验表明，与最先进的作品相比，Aquant可以通过可忽略不计的开销来取得明显的改进，并将Resnet-18的精度提高到2位重量和激活后训练后量化下的精度最高60.3 \％。

模型量化已成为加速深度学习推理的不可或缺的技术。虽然研究人员继续推动量化算法的前沿，但是现有量化工作通常是不可否认的和不可推销的。这是因为研究人员不选择一致的训练管道并忽略硬件部署的要求。在这项工作中，我们提出了模型量化基准（MQBench），首次尝试评估，分析和基准模型量化算法的再现性和部署性。我们为实际部署选择多个不同的平台，包括CPU，GPU，ASIC，DSP，并在统一培训管道下评估广泛的最新量化算法。 MQBENCK就像一个连接算法和硬件的桥梁。我们进行全面的分析，并找到相当大的直观或反向直观的见解。通过对齐训练设置，我们发现现有的算法在传统的学术轨道上具有大致相同的性能。虽然用于硬件可部署量化，但有一个巨大的精度差距，仍然不稳定。令人惊讶的是，没有现有的算法在MQBench中赢得每一项挑战，我们希望这项工作能够激发未来的研究方向。

神经网络量化旨在将特定神经网络的高精度权重和激活转变为低精度的权重/激活，以减少存储器使用和计算，同时保留原始模型的性能。但是，紧凑设计的主链体系结构（例如Mobilenets）通常用于边缘设备部署的极端量化（1位重量/1位激活）会导致严重的性能变性。本文提出了一种新颖的量化感知训练（QAT）方法，即使通过重点关注各层之间的权重之间的重量间依赖性，也可以通过极端量化有效地减轻性能退化。为了最大程度地减少每个重量对其他重量的量化影响，我们通过训练一个依赖输入依赖性的相关矩阵和重要性向量来对每一层的权重进行正交转换，从而使每个权重都与其他权重分开。然后，我们根据权重量化的重要性来最大程度地减少原始权重/激活中信息丢失的重要性。我们进一步执行从底层到顶部的渐进层量化，因此每一层的量化都反映了先前层的权重和激活的量化分布。我们验证了我们的方法对各种基准数据集的有效性，可针对强神经量化基线，这表明它可以减轻ImageNet上的性能变性，并成功地保留了CIFAR-100上具有紧凑型骨干网络的完整精确模型性能。

我们为深神经网络引入了两个低位训练后训练量化（PTQ）方法，该方法满足硬件要求，并且不需要长期重新训练。两次量化的能力可以将通过量化和去除化引入的乘法转换为许多有效加速器采用的位移位。但是，两次量表因子的候选值较少，这会导致更多的舍入或剪辑错误。我们提出了一种新型的两个PTQ框架，称为RAPQ，该框架被动态调整了整个网络的两个尺度，而不是静态地确定它们一层。从理论上讲，它可以权衡整个网络的舍入错误和剪辑错误。同时，RAPQ中的重建方法基于每个单元的BN信息。对Imagenet的广泛实验证明了我们提出的方法的出色性能。没有铃铛和哨声，REPQ在RESNET-18和MOBILENETV2上的准确度可以达到65％和48％，分别具有INT2激活INT4的精度。我们是第一个为低位PTQ提出更受限制但对硬件友好型的两次量化方案的人，并证明它可以达到与SOTA PTQ方法几乎相同的准确性。该代码已发布。

深度学习技术在各种任务中都表现出了出色的有效性，并且深度学习具有推进多种应用程序（包括在边缘计算中）的潜力，其中将深层模型部署在边缘设备上，以实现即时的数据处理和响应。一个关键的挑战是，虽然深层模型的应用通常会产生大量的内存和计算成本，但Edge设备通常只提供非常有限的存储和计算功能，这些功能可能会在各个设备之间差异很大。这些特征使得难以构建深度学习解决方案，以释放边缘设备的潜力，同时遵守其约束。应对这一挑战的一种有希望的方法是自动化有效的深度学习模型的设计，这些模型轻巧，仅需少量存储，并且仅产生低计算开销。该调查提供了针对边缘计算的深度学习模型设计自动化技术的全面覆盖。它提供了关键指标的概述和比较，这些指标通常用于量化模型在有效性，轻度和计算成本方面的水平。然后，该调查涵盖了深层设计自动化技术的三类最新技术：自动化神经体系结构搜索，自动化模型压缩以及联合自动化设计和压缩。最后，调查涵盖了未来研究的开放问题和方向。

由于神经网络变得更加强大，因此在现实世界中部署它们的愿望是一个上升的愿望;然而，神经网络的功率和准确性主要是由于它们的深度和复杂性，使得它们难以部署，尤其是在资源受限的设备中。最近出现了神经网络量化，以满足这种需求通过降低网络的精度来降低神经网络的大小和复杂性。具有较小和更简单的网络，可以在目标硬件的约束中运行神经网络。本文调查了在过去十年中开发的许多神经网络量化技术。基于该调查和神经网络量化技术的比较，我们提出了该地区的未来研究方向。

基于模型对计算噪声的弹性，模型量化对于压缩模型和提高计算速度很重要。现有的量化技术在很大程度上取决于经验和“微调”技能。在大多数情况下，量化模型的损失比完整的精度模型更大。这项研究提供了一种方法，用于获取比完整精确模型低的混合精确量化模型。此外，分析表明，在整个推论过程中，损耗函数主要受层输入的噪声的影响。特别是，我们将证明具有大量身份映射映射的神经网络对量化方法具有抵抗力。使用量化也很难提高这些网络的性能。

While machine learning is traditionally a resource intensive task, embedded systems, autonomous navigation, and the vision of the Internet of Things fuel the interest in resource-efficient approaches. These approaches aim for a carefully chosen trade-off between performance and resource consumption in terms of computation and energy. The development of such approaches is among the major challenges in current machine learning research and key to ensure a smooth transition of machine learning technology from a scientific environment with virtually unlimited computing resources into everyday's applications. In this article, we provide an overview of the current state of the art of machine learning techniques facilitating these real-world requirements. In particular, we focus on deep neural networks (DNNs), the predominant machine learning models of the past decade. We give a comprehensive overview of the vast literature that can be mainly split into three non-mutually exclusive categories: (i) quantized neural networks, (ii) network pruning, and (iii) structural efficiency. These techniques can be applied during training or as post-processing, and they are widely used to reduce the computational demands in terms of memory footprint, inference speed, and energy efficiency. We also briefly discuss different concepts of embedded hardware for DNNs and their compatibility with machine learning techniques as well as potential for energy and latency reduction. We substantiate our discussion with experiments on well-known benchmark datasets using compression techniques (quantization, pruning) for a set of resource-constrained embedded systems, such as CPUs, GPUs and FPGAs. The obtained results highlight the difficulty of finding good trade-offs between resource efficiency and predictive performance.

近年来，大型预训练的变压器网络已显示出许多自然语言理解任务的巨大改进。但是，由于延迟和成本限制，这些模型的巨大规模给他们的微调和在线部署带来了重大挑战。支持N：M半结构化的稀疏性和低精油整数计算的新硬件是提高DNN模型效率的有前途解决方案。但是，很少有研究系统地研究预先训练的变压器网络在多大程度上受益于这些技术的组合，以及如何最好地压缩变压器的每个组件。我们提出了一个灵活的压缩框架NXMiformer，该框架使用ADMM和基于Ste的QAT执行同时进行稀疏和量化。此外，我们介绍且廉价的启发式驱动搜索算法，该算法标识了满足压缩比约束的有希望的异质压缩配置。当通过NLU基准测试的胶水套件进行评估时，我们的方法可以达到BERT模型编码器的93％压缩，同时保留了98.2％的原始模型准确性并充分利用硬件功能。异质配置通过搜索启发式发现了基线准确性的99.5％，同时仍将模型压缩为87.5％。

Although weight and activation quantization is an effective approach for Deep Neural Network (DNN) compression and has a lot of potentials to increase inference speed leveraging bit-operations, there is still a noticeable gap in terms of prediction accuracy between the quantized model and the full-precision model. To address this gap, we propose to jointly train a quantized, bit-operation-compatible DNN and its associated quantizers, as opposed to using fixed, handcrafted quantization schemes such as uniform or logarithmic quantization. Our method for learning the quantizers applies to both network weights and activations with arbitrary-bit precision, and our quantizers are easy to train. The comprehensive experiments on CIFAR-10 and ImageNet datasets show that our method works consistently well for various network structures such as AlexNet, VGG-Net, GoogLeNet, ResNet, and DenseNet, surpassing previous quantization methods in terms of accuracy by an appreciable margin. Code available at https://github.com/Microsoft/LQ-Nets

深度学习在广泛的AI应用方面取得了有希望的结果。较大的数据集和模型一致地产生更好的性能。但是，我们一般花费更长的培训时间，以更多的计算和沟通。在本调查中，我们的目标是在模型精度和模型效率方面提供关于大规模深度学习优化的清晰草图。我们调查最常用于优化的算法，详细阐述了大批量培训中出现的泛化差距的可辩论主题，并审查了解决通信开销并减少内存足迹的SOTA策略。

Model quantization enables the deployment of deep neural networks under resource-constrained devices. Vector quantization aims at reducing the model size by indexing model weights with full-precision embeddings, i.e., codewords, while the index needs to be restored to 32-bit during computation. Binary and other low-precision quantization methods can reduce the model size up to 32$\times$, however, at the cost of a considerable accuracy drop. In this paper, we propose an efficient framework for ternary quantization to produce smaller and more accurate compressed models. By integrating hyperspherical learning, pruning and reinitialization, our proposed Hyperspherical Quantization (HQ) method reduces the cosine distance between the full-precision and ternary weights, thus reducing the bias of the straight-through gradient estimator during ternary quantization. Compared with existing work at similar compression levels ($\sim$30$\times$, $\sim$40$\times$), our method significantly improves the test accuracy and reduces the model size.