随着智能设备和物联网无处不在的部署的出现，机器学习推断的数据源已越来越多地转移到网络的边缘。现有的机器学习推理平台通常假设一个均匀的基础架构，并且不考虑包括边缘设备，本地集线器，边缘数据中心和云数据中心的更复杂和分层的计算基础架构。另一方面，最近的Automl工作为异质环境提供了可行的解决方案，用于模型压缩，修剪和量化。对于机器学习模型，现在我们可能很容易找到甚至生成一系列在准确性和效率之间进行不同权衡的模型。我们设计和实施Jellybean，这是一种用于服务和优化机器学习推理工作流程的系统。给定的服务级目标（例如，吞吐量，准确性），Jellybean选择了满足准确性目标的最具成本效益的模型，并决定如何在基础架构的不同层次上部署它们。评估表明，与最先进的模型选择和工人分配解决方案相比，Jellybean的视觉问题回答总成本最高可达58％，而NVIDIA AI City Challenge的车辆跟踪最多可达36％。 Jellybean还优于先前的ML服务系统（例如，在云上火花）的服务成本高达5倍。

Video, as a key driver in the global explosion of digital information, can create tremendous benefits for human society. Governments and enterprises are deploying innumerable cameras for a variety of applications, e.g., law enforcement, emergency management, traffic control, and security surveillance, all facilitated by video analytics (VA). This trend is spurred by the rapid advancement of deep learning (DL), which enables more precise models for object classification, detection, and tracking. Meanwhile, with the proliferation of Internet-connected devices, massive amounts of data are generated daily, overwhelming the cloud. Edge computing, an emerging paradigm that moves workloads and services from the network core to the network edge, has been widely recognized as a promising solution. The resulting new intersection, edge video analytics (EVA), begins to attract widespread attention. Nevertheless, only a few loosely-related surveys exist on this topic. A dedicated venue for collecting and summarizing the latest advances of EVA is highly desired by the community. Besides, the basic concepts of EVA (e.g., definition, architectures, etc.) are ambiguous and neglected by these surveys due to the rapid development of this domain. A thorough clarification is needed to facilitate a consensus on these concepts. To fill in these gaps, we conduct a comprehensive survey of the recent efforts on EVA. In this paper, we first review the fundamentals of edge computing, followed by an overview of VA. The EVA system and its enabling techniques are discussed next. In addition, we introduce prevalent frameworks and datasets to aid future researchers in the development of EVA systems. Finally, we discuss existing challenges and foresee future research directions. We believe this survey will help readers comprehend the relationship between VA and edge computing, and spark new ideas on EVA.

ALPA通过生成统一数据，操作员和管道并行性的执行计划来自动对大型深度学习（DL）模型的模型平行训练。现有的模型并行训练系统要求用户手动创建并行化计划，或者自动从有限的模型并行性配置中生成一个计划。它们不足以在分布式计算设备上扩展复杂的DL模型。 ALPA通过将并行性视为两个层次级别来分配大型DL模型的训练：操作员和操作员并行性。基于它，ALPA构建了一个新的分层空间，用于大规模的模型并行执行计划。 ALPA设计了许多汇编，以在每个并行性级别自动得出有效的并行执行计划。 ALPA实现了有效的运行时，以在分布式计算设备上协调两级并行执行。我们的评估表明，ALPA生成的并行化计划，即使在其设计的型号上，也可以匹配或超过手动模型并联训练系统。与专业系统不同，ALPA还推广到具有异质体系结构和模型的模型，而没有手动设计的计划。 ALPA的源代码可在https://github.com/alpa-projects/alpa上公开获得

最近，使用卷积神经网络（CNNS）存在移动和嵌入式应用的爆炸性增长。为了减轻其过度的计算需求，开发人员传统上揭示了云卸载，突出了高基础设施成本以及对网络条件的强烈依赖。另一方面，强大的SOC的出现逐渐启用设备执行。尽管如此，低端和中层平台仍然努力充分运行最先进的CNN。在本文中，我们展示了Dyno，一种分布式推断框架，将两全其人的最佳框架结合起来解决了几个挑战，例如设备异质性，不同的带宽和多目标要求。启用这是其新的CNN特定数据包装方法，其在onloading计算时利用CNN的不同部分的精度需求的可变性以及其新颖的调度器，该调度器共同调谐分区点并在运行时传输数据精度适应其执行环境的推理。定量评估表明，Dyno优于当前最先进的，通过竞争对手的CNN卸载系统，在竞争对手的CNN卸载系统上提高吞吐量超过一个数量级，最高可达60倍的数据。

智能物联网环境（iiote）由可以协作执行半自动的IOT应用的异构装置，其示例包括高度自动化的制造单元或自主交互收获机器。能量效率是这种边缘环境中的关键，因为它们通常基于由无线和电池运行设备组成的基础设施，例如电子拖拉机，无人机，自动引导车辆（AGV）S和机器人。总能源消耗从多种技术技术汲取贡献，使得能够实现边缘计算和通信，分布式学习以及分布式分区和智能合同。本文提供了本技术的最先进的概述，并说明了它们的功能和性能，特别关注资源，延迟，隐私和能源消耗之间的权衡。最后，本文提供了一种在节能IIOTE和路线图中集成这些能力技术的愿景，以解决开放的研究挑战

TensorFlow is a machine learning system that operates at large scale and in heterogeneous environments. Tensor-Flow uses dataflow graphs to represent computation, shared state, and the operations that mutate that state. It maps the nodes of a dataflow graph across many machines in a cluster, and within a machine across multiple computational devices, including multicore CPUs, generalpurpose GPUs, and custom-designed ASICs known as Tensor Processing Units (TPUs). This architecture gives flexibility to the application developer: whereas in previous "parameter server" designs the management of shared state is built into the system, TensorFlow enables developers to experiment with novel optimizations and training algorithms. TensorFlow supports a variety of applications, with a focus on training and inference on deep neural networks. Several Google services use TensorFlow in production, we have released it as an open-source project, and it has become widely used for machine learning research. In this paper, we describe the TensorFlow dataflow model and demonstrate the compelling performance that Tensor-Flow achieves for several real-world applications.

边缘计算广泛用于视频分析。为了减轻准确性和成本之间的固有张力，已经提出了各种视频分析管道，以优化GPU在边缘节点上的使用。但是，我们发现，由于视频内容的变化，在管道的不同位置的视频内容变化，亚次采样和过滤，因此为边缘节点提供的GPU计算资源通常被低估了。与模型和管道优化相反，在这项工作中，我们使用非确定性和分散的闲置GPU资源研究了机会数据增强的问题。具体而言，我们提出了一个特定于任务的歧视和增强模块以及一种模型感知的对抗性训练机制，提供了一种以准确有效的方式识别和转换特定于视频管道的低质量图像的方法。在延迟和GPU资源限制下，进一步开发了多个EXIT模型结构和资源感知调度程序，以做出在线增强决策和细粒度的执行。多个视频分析管道和数据集的实验表明，通过明智地分配少量的空闲资源，这些框架上倾向于通过增强而产生更大的边际收益，我们的系统将DNN对象检测准确性提高了7.3-11.3 \％，而不会产生任何潜行成本。

Emerging real-time multi-model ML (RTMM) workloads such as AR/VR and drone control often involve dynamic behaviors in various levels; task, model, and layers (or, ML operators) within a model. Such dynamic behaviors are new challenges to the system software in an ML system because the overall system load is unpredictable unlike traditional ML workloads. Also, the real-time processing requires to meet deadlines, and multi-model workloads involve highly heterogeneous models. As RTMM workloads often run on resource-constrained devices (e.g., VR headset), developing an effective scheduler is an important research problem. Therefore, we propose a new scheduler, SDRM3, that effectively handles various dynamicity in RTMM style workloads targeting multi-accelerator systems. To make scheduling decisions, SDRM3 quantifies the unique requirements for RTMM workloads and utilizes the quantified scores to drive scheduling decisions, considering the current system load and other inference jobs on different models and input frames. SDRM3 has tunable parameters that provide fast adaptivity to dynamic workload changes based on a gradient descent-like online optimization, which typically converges within five steps for new workloads. In addition, we also propose a method to exploit model level dynamicity based on Supernet for exploiting the trade-off between the scheduling effectiveness and model performance (e.g., accuracy), which dynamically selects a proper sub-network in a Supernet based on the system loads. In our evaluation on five realistic RTMM workload scenarios, SDRM3 reduces the overall UXCost, which is a energy-delay-product (EDP)-equivalent metric for real-time applications defined in the paper, by 37.7% and 53.2% on geometric mean (up to 97.6% and 97.1%) compared to state-of-the-art baselines, which shows the efficacy of our scheduling methodology.

现代深度学习应用程序需要越来越多地计算培训最先进的模型。为了解决这一需求，大型企业和机构使用专用的高性能计算集群，其建筑和维护既昂贵又远远超出大多数组织的预算。结果，一些研究方向成为几个大型工业甚至更少的学术作用者的独家领域。为了减轻这种差异，较小的团体可以汇集他们的计算资源并运行有利于所有参与者的协作实验。这种范式称为网格或志愿者计算，在众多科学领域看到了成功的应用。然而，由于高延迟，不对称带宽以及志愿者计算独特的几个挑战，使用这种用于机器学习的方法是困难的。在这项工作中，我们仔细分析了这些约束，并提出了一种专门用于协作培训的新型算法框架。我们展示了我们在现实条件下的SWAV和Albert预先预价的方法的有效性，并在成本的一小部分中实现了与传统设置相当的性能。最后，我们提供了一份成功的协作语言模型预先追溯的详细报告，有40名参与者。

工作流程调度是一个并行和分布式计算（PDC）的长期研究，旨在有效地利用计算资源来满足用户的服务要求。最近提出的调度方法利用边缘计算平台的低响应时间来优化服务质量（QoS）。然而，由于计算异质性，移动设备的延迟以及工作负载资源要求的挥发性，因此由于计算异质性而挑战，在移动边缘云系统中的调度工作流程应用是具有挑战性的。为了克服这些困难，它是必不可少的，但同时具有挑战性，开发一种有效地模拟QoS目标的长视力优化方案。在这项工作中，我们提出了MCDS：Monte Carlo学习使用Deep代理模型来有效地安排移动边缘云计算系统中的工作流程应用。 MCD是一种基于人工智能（AI）的调度方法，它使用基于树的搜索策略和基于深度神经网络的代理模型来估计即时动作的长期QoS影响，以实现调度决策的鲁棒优化。物理和模拟边缘云试验台的实验表明，MCD在能耗，响应时间，SLA违规方面可以改善最先进的方法，违规和成本分别至少为6.13,4.56,45.09和30.71％。

深神经网络（DNNS）在各种机器学习（ML）应用程序中取得了巨大成功，在计算机视觉，自然语言处理和虚拟现实等中提供了高质量的推理解决方案。但是，基于DNN的ML应用程序也带来计算和存储要求的增加了很多，对于具有有限的计算/存储资源，紧张的功率预算和较小形式的嵌入式系统而言，这尤其具有挑战性。挑战还来自各种特定应用的要求，包括实时响应，高通量性能和可靠的推理准确性。为了应对这些挑战，我们介绍了一系列有效的设计方法，包括有效的ML模型设计，定制的硬件加速器设计以及硬件/软件共同设计策略，以启用嵌入式系统上有效的ML应用程序。

基础模型正在成为主要的深度学习技术。由于模型参数和训练数据集的大规模，预处理基础模型始终耗时。除了计算密集型外，培训过程还非常密集和沟通密集。这些功能使得需要应用3D并行性，该平行性整合数据并行性，管道模型并行性和张量模型并行性，以实现高训练效率。为了实现这一目标，开发了一些自定义软件框架，例如Megatron-LM和DeepSpeed。但是，当前的3D平行框架仍然符合两个问题：i）它们对模型开发人员不透明，这些开发人员需要手动修改模型以并行化培训。 ii）它们对计算，GPU存储器和网络带宽的利用不足。我们提出了Merak，这是一个自动化的3D并行性深度学习培训框架，并具有高度资源利用。 Merak会自动使用自动模型分区仪部署，该分区仪在模型的代理表示上使用图形sharding算法。 Merak还提出了非侵入性的API，用于通过最小的代码修改来扩展基础模型培训。此外，我们在Merak设计了高性能的3D平行运行时引擎。它使用多种技术来利用可用的培训资源，包括移动的关键路径管道时间表，该计划带来了更高的计算利用率，阶段感知的重新计算，可利用空闲工作者的记忆以及子额定张量的模型并行性，这些模型并联与通信和计算重叠。 64 GPU的实验显示，Merak可以加快在最新的3D平行性框架上，具有1.5、2.5、8.3和20亿的模型框架，最高可达1.42x，1.39x，1.43x和1.61 x分别。

近年来，在平衡（超级）图分配算法的设计和评估中取得了重大进展。我们调查了过去十年的实用算法的趋势，用于平衡（超级）图形分区以及未来的研究方向。我们的工作是对先前有关该主题的调查的更新。特别是，该调查还通过涵盖了超图形分区和流算法来扩展先前的调查，并额外关注并行算法。

扩展培训工作负载的能力是深度学习的关键性能推动者之一。主要缩放方法是基于数据并行GPU的培训，该培训已经被硬件和软件支持高效地支持高效的GPU通信，特别是通过带宽过度曝光。此支持以A价格出现：相对于其“消费者级”对应物，“云级”服务器之间存在幅度成本差异，但相对于其“消费者级”对应物，虽然服务器级和消费者级GPU可以具有类似的计算信封。在本文中，我们调查了昂贵的硬件过度控制方法是否可以通过算法和系统设计所涵盖，并提出称为CGX的框架，为通信压缩提供有效的软件支持。我们认为，在没有硬件支持的情况下，该框架能够从消费者级多GPU系统中删除通信瓶颈：在没有硬件支持的情况下：在培训现代模型和全部准确性方面时，我们的框架可以在商品上进行2-3倍的自动加速系统使用8个消费者级NVIDIA RTX 3090 GPU，并使其超越NVIDIA DGX-1服务器的吞吐量，其具有类似的峰值闪光，但是从带宽过度提供的益处。

我们设计了一个用户友好且可扩展的知识图构建（KGC）系统，用于从非结构化语料库中提取结构化知识。与现有的KGC系统不同，Gbuilder提供了一种灵活且用户定义的管道，可以包含IE模型的快速开发。可以使用更多基于内置的模板或启发式操作员和可编程操作员来适应来自不同域的数据。此外，我们还为Gbuilder设计了基于云的自适应任务计划，以确保其在大规模知识图构造上的可扩展性。实验评估不仅证明了Gbuilder在统一平台中组织多个信息提取模型的能力，还证实了其在大规模KGC任务上的高可扩展性。

手机等边缘设备上的微调模型将对敏感数据实现隐私的个性化。但是，在历史上，Edge训练仅限于具有简单体系结构的相对较小的模型，因为训练既是记忆力和能量密集型的。我们提出了诗人，这是一种算法，可以在存储器筛分的边缘设备上训练大型神经网络。诗人共同优化了重新布置和分页的综合搜索搜索空间，这两种算法可减少返回传播的记忆消耗。鉴于记忆预算和运行时间的限制，我们制定了一项混合成员线性计划（MILP），以进行最佳培训。我们的方法使培训能够在嵌入式设备上显着更大的模型，同时减少能源消耗，同时不修改反向传播的数学正确性。我们证明，可以在皮质类嵌入式设备的内存约束中微调RESNET-18和BERT，同时在能源效率方面的当前边缘训练方法的表现。诗人是一个开源项目，网址为https://github.com/shishirpatil/poet

机器学习的进步为低端互联网节点（例如微控制器）带来了新的机会，将情报带入了情报。传统的机器学习部署具有较高的记忆力，并计算足迹阻碍了其在超资源约束的微控制器上的直接部署。本文强调了为MicroController类设备启用机载机器学习的独特要求。研究人员为资源有限的应用程序使用专门的模型开发工作流程，以确保计算和延迟预算在设备限制之内，同时仍保持所需的性能。我们表征了微控制器类设备的机器学习模型开发的广泛适用的闭环工作流程，并表明几类应用程序采用了它的特定实例。我们通过展示多种用例，将定性和数值见解介绍到模型开发的不同阶段。最后，我们确定了开放的研究挑战和未解决的问题，要求仔细考虑前进。

培训深神经网络（DNNS）在企业和云数据中心都广受欢迎。现有的DNN培训调度程序将GPU视为主要资源，并分配其他资源，例如CPU和内存与作业要求的GPU数量成正比。不幸的是，这些调度程序不考虑作业对CPU，内存和存储资源分配的敏感性的影响。在这项工作中，我们提出了Synergy，这是一种对共享GPU群集的资源敏感调度程序。通过乐观的分析，协同作用侵犯了DNN对不同资源的敏感性；某些工作可能会从GPU育儿分配中受益更多，而某些工作可能不会受到GPU育儿分配的影响。 Synergy使用新的近乎最佳的在线算法在共享的多租户集群上安排的一组作业进行了多余的工作量感知作业。我们的实验表明，与传统的GPU育儿计划相比，工作量感知的CPU和内存分配可以提高平均JCT高达3.4倍。

随着人工智能（AI）的积极发展，基于深神经网络（DNN）的智能应用会改变人们的生活方式和生产效率。但是，从网络边缘生成的大量计算和数据成为主要的瓶颈，传统的基于云的计算模式无法满足实时处理任务的要求。为了解决上述问题，通过将AI模型训练和推理功能嵌入网络边缘，Edge Intelligence（EI）成为AI领域的尖端方向。此外，云，边缘和终端设备之间的协作DNN推断提供了一种有希望的方法来增强EI。然而，目前，以EI为导向的协作DNN推断仍处于早期阶段，缺乏对现有研究工作的系统分类和讨论。因此，我们已经对有关以EI为导向的协作DNN推断的最新研究进行了全面调查。在本文中，我们首先回顾了EI的背景和动机。然后，我们为EI分类了四个典型的DNN推理范例，并分析其特征和关键技术。最后，我们总结了协作DNN推断的当前挑战，讨论未来的发展趋势并提供未来的研究方向。

大型ML型号和数据集已经需要使用多GPU系统进行分布式模型培训。为了利用多GPU系统提供的权力，消除GPU间通信中的瓶颈至关重要 - 互连异构性质的问题挑战。在这项工作中，我们呈现TACCL，这是用于大规模多GPU系统的集体通信原语的合成器。 TACCL将异形拓扑和输入大小进行编码为合成问题，以生成优化的通信算法。 TACCL建立在标准的NVIDIA集体通信库（NCCL）之上，允许它成为PYTORCH等框架中GPU通信的替代品，具有最小的变化。 TACCL为全球，AllToAll和ALLERDUCE等通信基元生成算法，该算法高达3美元的速度超过NCCL。使用TACCL的算法加快了专家模型内部混合物的端到端培训，以17 \％$。通过将优化问题分解成零件并利用多GPU拓扑中的对称性，TACCL在不到3分钟内合成高达80-GPU的集体，比其他基于综合的状态快至少两个数量级 - 艺术集体通信图书馆。