我们提出了TOD，这是一个在分布式多GPU机器上进行有效且可扩展的离群检测（OD）的系统。 TOD背后的一个关键思想是将OD应用程序分解为基本张量代数操作。这种分解使TOD能够通过利用硬件和软件中深度学习基础架构的最新进展来加速OD计算。此外，要在有限内存的现代GPU上部署昂贵的OD算法，我们引入了两种关键技术。首先，可证明的量化可以加快OD计算的速度，并通过以较低的精度执行特定的浮点操作来减少其内存足迹，同时证明没有准确的损失。其次，为了利用多个GPU的汇总计算资源和内存能力，我们引入了自动批处理，该批次将OD计算分解为小批次，以便在多个GPU上并行执行。 TOD支持一套全面且多样化的OD算法，例如LOF，PCA和HBOS以及实用程序功能。对真实和合成OD数据集的广泛评估表明，TOD平均比领先的基于CPU的OD系统PYOD快11.6倍（最大加速度为38.9倍），并且比各种GPU底线要处理的数据集更大。值得注意的是，TOD可以直接整合其他OD算法，并提供了将经典OD算法与深度学习方法相结合的统一框架。这些组合产生了无限数量的OD方法，其中许多方法是新颖的，可以很容易地在TOD中进行原型。

异常值检测是指偏离一般数据分布的数据点的识别。现有的无监督方法经常遭受高计算成本，复杂的绰号调谐以及有限的解释性，特别是在使用大型高维数据集时。为了解决这些问题，我们介绍了一种称为ECOD（基于实证累积分布的异常值检测）的简单而有效的算法，这是由异常值常常出现在分布尾部的“罕见事件”的事实的启发。在简而言之，ECOD首先通过计算数据的各维度的经验累积分布来估计输入数据的基础分布以非参数。 ECOD然后使用这些经验分布来估计每个数据点的每维的尾部概率。最后，ECOD通过跨尺寸聚合估计的尾概率来计算每个数据点的异常值。我们的贡献如下：（1）我们提出了一种名为ECOD的新型异常检测方法，这既是可参数又易于解释; （2）我们在30个基准数据集上进行广泛的实验，在那里我们发现ECOD在准确性，效率和可扩展性方面优于11个最先进的基线; （3）我们释放易于使用和可扩展的（具有分布式支持）Python实现，以实现可访问性和再现性。

人工智能（AI）对计算的巨大需求正在推动对AI的硬件和软件系统的无与伦比的投资。这导致了专用硬件设备数量的爆炸，现在由主要的云供应商提供。通过通过基于张量的界面隐藏低级复杂性，张量计算运行时间（TCR）（例如Pytorch）允许数据科学家有效利用新硬件提供的令人兴奋的功能。在本文中，我们探讨了数据库管理系统如何在AI空间中乘坐创新浪潮。我们设计，构建和评估张量查询处理器（TQP）：TQP将SQL查询转换为张量程序，并在TCR上执行它们。 TQP能够通过在张量例程中实现与关系运算符的新颖算法来运行完整的TPC-H基准。同时，TQP可以支持各种硬件，而仅需要通常的开发工作。实验表明，与专用CPU和仅GPU的系统相比，TQP可以将查询执行时间提高到10美元$ \ times $。最后，TQP可以加速查询ML预测和SQL端到端，并在CPU基线上输送高达9 $ \ times $速度。

图形离群值检测是一项具有许多应用程序的新兴但至关重要的机器学习任务。尽管近年来算法扩散，但缺乏标准和统一的绩效评估设置限制了它们在现实世界应用中的进步和使用。为了利用差距，我们（据我们所知）（据我们所知）第一个全面的无监督节点离群值检测基准为unod，并带有以下亮点：（1）评估骨架从经典矩阵分解到最新图形神经的骨架的14个方法网络； （2）在现实世界数据集上使用不同类型的注射异常值和自然异常值对方法性能进行基准测试； （3）通过在不同尺度的合成图上使用运行时和GPU存储器使用算法的效率和可扩展性。基于广泛的实验结果的分析，我们讨论了当前渠道方法的利弊，并指出了多个关键和有希望的未来研究方向。

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。

随着机器学习系统的计算要求以及机器学习框架的规模和复杂性的增加，基本框架创新变得具有挑战性。尽管计算需求驱动了最近的编译器，网络和硬件的进步，但通过机器学习工具对这些进步的利用却以较慢的速度发生。这部分是由于与现有框架原型制作新的计算范式有关的困难。大型框架将机器学习研究人员和从业人员作为最终用户的优先级优先，并且很少关注能够向前推动框架的系统研究人员 - 我们认为两者都是同等重要的利益相关者。我们介绍了手电筒，这是一个开源库，旨在通过优先考虑开放式，模块化，可定制的内部设备以及最新的，可用于研究的模型和培训设置，以刺激机器学习工具和系统的创新。手电筒使系统研究人员能够快速原型并尝试机器学习计算中的新思想，并且开销低，与其他流行的机器学习框架竞争并经常超过其他流行的机器学习框架。我们将手电筒视为一种工具，可以使可以使广泛使用的图书馆受益，并使机器学习和系统研究人员更加紧密地结合在一起。手电筒可从https://github.com/flashlight/flashlight获得。

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.

TensorFlow和Pytorch之类的软件包旨在支持线性代数操作，它们的速度和可用性决定了它们的成功。但是，通过优先考虑速度，他们经常忽略内存需求。结果，由于内存溢出，在软件设计方面方便的内存密集型算法的实现通常无法解决大问题。记忆效率的解决方案需要在计算框架之外具有重要逻辑的复杂编程方法。这会损害这种算法的采用和使用。为了解决这个问题，我们开发了一个XLA编译器扩展程序，该扩展程序根据用户指定的内存限制来调整算法的计算数据流表示。我们表明，K-Nearest邻居和稀疏的高斯过程回归方法可以在单个设备上以更大的规模运行，而标准实现将失败。我们的方法可以更好地利用硬件资源。我们认为，进一步专注于在编译器级别上删除内存约束将扩大未来可以开发的机器学习方法的范围。

在过去十年中，已经开发出新的深度学习（DL）算法，工作负载和硬件来解决各种问题。尽管工作量和硬件生态系统的进步，DL系统的编程方法是停滞不前的。 DL工作负载从DL库中的高度优化，特定于平台和不灵活的内核，或者在新颖的操作员的情况下，通过具有强大性能的DL框架基元建立参考实现。这项工作介绍了Tensor加工基元（TPP），一个编程抽象，用于高效的DL工作负载的高效，便携式实现。 TPPS定义了一组紧凑而多才多艺的2D张镜操作员（或虚拟张量ISA），随后可以用作构建块，以在高维张量上构建复杂的运算符。 TPP规范是平台 - 不可行的，因此通过TPPS表示的代码是便携式的，而TPP实现是高度优化的，并且特定于平台。我们展示了我们使用独立内核和端到端DL＆HPC工作负载完全通过TPPS表达的方法的效力和生存性，这在多个平台上优于最先进的实现。

There is an increasing need to bring machine learning to a wide diversity of hardware devices. Current frameworks rely on vendor-specific operator libraries and optimize for a narrow range of server-class GPUs. Deploying workloads to new platforms -such as mobile phones, embedded devices, and accelerators (e.g., FPGAs, ASICs) -requires significant manual effort. We propose TVM, a compiler that exposes graph-level and operator-level optimizations to provide performance portability to deep learning workloads across diverse hardware back-ends. TVM solves optimization challenges specific to deep learning, such as high-level operator fusion, mapping to arbitrary hardware primitives, and memory latency hiding. It also automates optimization of low-level programs to hardware characteristics by employing a novel, learning-based cost modeling method for rapid exploration of code optimizations. Experimental results show that TVM delivers performance across hardware back-ends that are competitive with state-ofthe-art, hand-tuned libraries for low-power CPU, mobile GPU, and server-class GPUs. We also demonstrate TVM's ability to target new accelerator back-ends, such as the FPGA-based generic deep learning accelerator.The system is open sourced and in production use inside several major companies.

考虑到过去几十年中开发的一长串异常检测算法，它们如何在（i）（i）不同级别的监督，（ii）不同类型的异常以及（iii）嘈杂和损坏的数据方面执行？在这项工作中，我们通过（据我们所知）在55个名为Adbench的55个基准数据集中使用30个算法来回答这些关键问题。我们的广泛实验（总共93,654）确定了对监督和异常类型的作用的有意义的见解，并解锁了研究人员在算法选择和设计中的未来方向。借助Adbench，研究人员可以轻松地对数据集（包括我们从自然语言和计算机视觉域的贡献）对现有基线的新提出的方法进行全面和公平的评估。为了促进可访问性和可重复性，我们完全开源的Adbench和相应的结果。

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。

深度神经网络（DNNS）的边缘训练是持续学习的理想目标。但是，这受到训练所需的巨大计算能力的阻碍。硬件近似乘数表明，它们在获得DNN推理加速器中获得资源效率的有效性；但是，使用近似乘数的培训在很大程度上尚未开发。为了通过支持DNN培训的近似乘数来构建有效的资源加速器，需要对不同DNN体系结构和不同近似乘数进行彻底评估。本文介绍了近似值，这是一个开源框架，允许使用模拟近似乘数快速评估DNN训练和推理。近似值与TensorFlow（TF）一样用户友好，仅需要对DNN体系结构的高级描述以及近似乘数的C/C ++功能模型。我们通过使用GPU（AMSIM）上的基于基于LUT的近似浮点（FP）乘数模拟器来提高乘数在乘数级别的模拟速度。近似值利用CUDA并有效地将AMSIM集成到张量库中，以克服商业GPU中的本机硬件近似乘数的缺乏。我们使用近似值来评估使用LENET和RESNETS体系结构的小型和大型数据集（包括Imagenet）的近似乘数的DNN训练的收敛性和准确性。与FP32和BFLOAT16乘数相比，评估表明测试准确性相似的收敛行为和可忽略不计的变化。与训练和推理中基于CPU的近似乘数模拟相比，GPU加速近似值快2500倍以上。基于具有本地硬件乘数的高度优化的闭合源Cudnn/Cublas库，原始张量量仅比近似值快8倍。

异常值是一个事件或观察，其被定义为不同于距群体的不规则距离的异常活动，入侵或可疑数据点。然而，异常事件的定义是主观的，取决于应用程序和域（能量，健康，无线网络等）。重要的是要尽可能仔细地检测异常事件，以避免基础设施故障，因为异常事件可能导致对基础设施的严重损坏。例如，诸如微电网的网络物理系统的攻击可以发起电压或频率不稳定性，从而损坏涉及非常昂贵的修复的智能逆变器。微电网中的不寻常活动可以是机械故障，行为在系统中发生变化，人体或仪器错误或恶意攻击。因此，由于其可变性，异常值检测（OD）是一个不断增长的研究领域。在本章中，我们讨论了使用AI技术的OD方法的进展。为此，通过多个类别引入每个OD模型的基本概念。广泛的OD方法分为六大类：基于统计，基于距离，基于密度的，基于群集的，基于学习的和合奏方法。对于每个类别，我们讨论最近最先进的方法，他们的应用领域和表演。之后，关于对未来研究方向的建议提供了关于各种技术的优缺点和挑战的简要讨论。该调查旨在指导读者更好地了解OD方法的最新进展，以便保证AI。

一般矩阵乘法或GEMM内核在高性能计算和机器学习中占据中心位置。最近的NVIDIA GPU包括Gemm加速器，如Nvidia的张量核心。他们的剥削受到双语言问题的阻碍：它需要低级编程，这意味着低程序员的工作效率或使用只提供有限组件集的库。由于建立的组件方面的REPRASING算法经常引入开销，因此图书馆缺乏灵活性限制了探索新算法的自由。因此，使用GEMMS的研究人员无法立即享受编程生产力，高性能和研究灵活性。在本文中，我们解决了这个问题。我们在科学朱莉娅编程语言中展示了三组抽象和接口来编程宝石。界面和抽象共同设计用于研究人员的需求和朱莉娅的特征，以实现足够的担忧和灵活性的充分分离，以便在不支付性能价格的情况下轻松地扩展基本宝石。将我们的Gemms与最先进的图书馆Cublas和Cutlass进行比较，我们证明我们的性能在图书馆的相同球场中，并且在某些情况下甚至超过它，而无需在CUDA C ++中编写单行代码或者组装，而不面临灵活限制。

本文介绍了有关如何架构，设计和优化深神经网络（DNN）的最新概述，以提高性能并保留准确性。该论文涵盖了一组跨越整个机器学习处理管道的优化。我们介绍两种类型的优化。第一个改变了DNN模型，需要重新训练，而第二个则不训练。我们专注于GPU优化，但我们认为提供的技术可以与其他AI推理平台一起使用。为了展示DNN模型优化，我们在流行的Edge AI推理平台（Nvidia Jetson Agx Xavier）上改善了光流的最先进的深层网络体系结构之一，RAFT ARXIV：2003.12039。

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。

近年来，随着传感器和智能设备的广泛传播，物联网（IoT）系统的数据生成速度已大大增加。在物联网系统中，必须经常处理，转换和分析大量数据，以实现各种物联网服务和功能。机器学习（ML）方法已显示出其物联网数据分析的能力。但是，将ML模型应用于物联网数据分析任务仍然面临许多困难和挑战，特别是有效的模型选择，设计/调整和更新，这给经验丰富的数据科学家带来了巨大的需求。此外，物联网数据的动态性质可能引入概念漂移问题，从而导致模型性能降解。为了减少人类的努力，自动化机器学习（AUTOML）已成为一个流行的领域，旨在自动选择，构建，调整和更新机器学习模型，以在指定任务上实现最佳性能。在本文中，我们对Automl区域中模型选择，调整和更新过程中的现有方法进行了审查，以识别和总结将ML算法应用于IoT数据分析的每个步骤的最佳解决方案。为了证明我们的发现并帮助工业用户和研究人员更好地实施汽车方法，在这项工作中提出了将汽车应用于IoT异常检测问题的案例研究。最后，我们讨论并分类了该领域的挑战和研究方向。

转移学习可以看作是从头开始的数据和计算效率替代培训模型的替代方法。丰富的模型存储库（例如TensorFlow Hub）的出现使从业人员和研究人员能够在各种下游任务中释放这些模型的潜力。随着这些存储库的成倍增长，有效地为手头任务选择一个好的模型变得至关重要。通过仔细比较各种选择和搜索策略，我们意识到，没有一种方法优于其他方法，而混合或混合策略可以是有益的。因此，我们提出了Shift，这是用于转移学习的第一个下游任务感知，灵活和有效的模型搜索引擎。这些属性由自定义查询语言shift-ql以及基于成本的决策者以及我们经验验证的基于成本的决策者启用。受机器学习开发的迭代性质的促进，我们进一步支持对查询的有效递增执行，这需要与我们的优化共同使用时进行仔细的实施。

联合学习（FL）作为边缘设备的有希望的技术，以协作学习共享预测模型，同时保持其训练数据，从而解耦了从需要存储云中的数据的机器学习的能力。然而，在规模和系统异质性方面，FL难以现实地实现。虽然有许多用于模拟FL算法的研究框架，但它们不支持在异构边缘设备上进行可扩展的流程。在本文中，我们呈现花 - 一种全面的FL框架，通过提供新的设施来执行大规模的FL实验并考虑丰富的异构流程来区分现有平台。我们的实验表明花卉可以仅使用一对高端GPU在客户尺寸下进行FL实验。然后，研究人员可以将实验无缝地迁移到真实设备中以检查设计空间的其他部分。我们认为花卉为社区提供了一个批判性的新工具，用于研究和发展。