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想参加‘全国大学生集成电路创新创业大赛’,做‘基于FPGA的轻量化Transformer语音识别’项目,在资源有限的开发板上,如何对模型进行剪枝和量化?

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2小时前
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我们团队想用FPGA实现一个端侧语音识别系统,但Transformer模型参数量大,直接部署不现实。听说模型压缩技术(剪枝、量化)是关键,但具体到FPGA硬件上,有哪些开源工具(如Vitis AI、Pytorch)的流程可以借鉴?如何平衡精度和速度?
单片机学习者

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这家伙真懒,几个字都不愿写!
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回答列表总数:6
  • EE学生一枚

    EE学生一枚

    简单说下思路。开源工具除了Vitis AI,还有TVM(Apache TVM),它对FPGA的支持也不错。流程:用PyTorch训练模型 -> 用TVM的Relay前端导入模型 -> 用TVM的AutoTVM或Ansor自动搜索剪枝和量化策略,并生成针对FPGA的优化代码。TVM可以自动做图优化、量化、编译到FPGA。平衡精度和速度:TVM允许你设置优化目标(比如延迟或资源),自动平衡。注意:TVM学习曲线较陡,但一旦掌握,很灵活。另外,对于轻量化Transformer,也可以考虑直接改用更小的架构(比如MobileViT),再压缩,这样更容易在FPGA上部署。

    2小时前
  • 数字电路学习者

    数字电路学习者

    如果你追求更灵活的控制,可以考虑用FPGA的高层次综合(HLS)工具直接实现压缩后的模型。流程:先用PyTorch或TensorFlow做剪枝和量化(比如用TensorFlow Model Optimization Toolkit),然后手动将模型转换为C/C++代码,再用Vitis HLS或Intel HLS编译成硬件IP。这样你可以精细控制流水线和并行度。剪枝时,建议做非结构化剪枝+稀疏化,然后用HLS实现稀疏计算,节省资源。量化可以做到4位甚至2位,但精度损失大,需要仔细调。平衡精度和速度:在HLS设计中,通过循环展开和流水线来提速,但会消耗更多资源;所以需要权衡。注意:这种方法工作量巨大,适合有FPGA设计经验的团队;而且稀疏计算在FPGA上可能不如GPU高效,要谨慎。

    2小时前
  • 电子工程学生

    电子工程学生

    分享点经验。我们之前用赛灵思的Kria KV260做过语音识别,不过不是Transformer,是CNN。但流程类似。剪枝和量化工具,我们试过Vitis AI,也试过直接手写HLS。对于新手,建议先用Vitis AI,它集成度高。步骤:1. 在PC上用Vitis AI的PyTorch量化API处理模型;2. 用Vitis AI编译器针对你的开发板(比如Zynq-7000系列)编译模型;3. 在FPGA上通过DNNDK(Vitis AI运行时)调用。剪枝可以放在量化之前,用简单的幅度剪枝(magnitude pruning)去掉小权重。平衡精度和速度:在端侧,实时性可能比绝对精度更重要,所以可以适当激进点,比如量化到INT8的同时剪枝20%。注意:Vitis AI的文档有点乱,多查社区论坛;另外,开发板的存储空间可能放不下大模型,量化后记得检查模型大小。

    2小时前
  • Verilog小白学逻辑

    Verilog小白学逻辑

    从硬件角度说几句。FPGA做Transformer,关键是利用并行性和数据复用。剪枝时,建议做结构化剪枝(比如剪掉整个注意力头或FFN的通道),这样硬件设计规整,容易映射到FPGA的DSP和BRAM资源上。量化的话,优先考虑8位量化,甚至混合精度(比如注意力用8位,某些层用4位)。工具链:可以用微软的NNI(Neural Network Intelligence)做自动剪枝和量化搜索,找到精度和速度的平衡点,然后再用硬件工具部署。流程:NNI搜索压缩策略 -> 导出压缩后模型 -> 用Vitis AI或HLS(高层次综合)实现。平衡精度和速度:在FPGA上,速度往往受限于内存带宽,所以量化能减少数据搬运,提升更明显。建议先量化,如果速度还不够再剪枝。注意:开发板资源(DSP、BRAM、LUT)要提前估算,别让模型超过极限。

    2小时前
  • 码电路的阿明

    码电路的阿明

    别想得太复杂,小团队资源有限,直接上Pytorch的量化工具可能更简单。流程:1. 用Pytorch训练好模型;2. 用torch.quantization做动态量化或静态量化(静态精度更高)。对于FPGA部署,你可以把量化后的模型通过ONNX导出,然后用FPGA厂商的工具(比如Xilinx的Vitis AI或Intel的OpenVINO)转成硬件可执行的格式。剪枝可以用torch.nn.utils.prune,或者用第三方库如torch-pruning。平衡精度和速度:先做少量通道剪枝(比如剪10%),然后量化到8位整数(INT8)。在FPGA上,INT8比浮点快得多,内存占用也少。注意:一定要在验证集上测试压缩后的精度,掉点超过3%可能就得调整了。另外,FPGA的BRAM资源有限,模型大小要严格控制,量化后最好能全部放进片上内存,避免频繁访问DDR。

    2小时前
  • 逻辑设计新人Leo

    逻辑设计新人Leo

    我们去年刚用Vitis AI搞过类似的项目,用的是Zynq UltraScale+ MPSoC。流程大概是:先用PyTorch训练好你的Transformer模型,然后走Vitis AI的量化工具链。它支持PyTorch,能自动做量化感知训练(QAT),这样精度损失小。剪枝的话,Vitis AI对Transformer支持可能有限,我们当时是自己用PyTorch的剪枝API(比如torch.nn.utils.prune)先做结构化剪枝,去掉一些注意力头或FFN层里的通道,再交给Vitis AI量化。关键是要在FPGA上跑的话,得用Vitis AI的编译器把量化后的模型编译成DPU(深度学习处理器单元)能执行的指令。平衡精度和速度:先剪枝再量化,剪枝主要减参数量和计算量,量化减内存和带宽。建议在开发板上用Vitis AI Profiler分析瓶颈,看看是内存带宽限制还是计算限制,再针对性优化。注意:Vitis AI对新型Transformer变体的支持可能不够,如果遇到问题,得自己写一些自定义层。

    2小时前
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