征程 6 H/P 工具链 QAT 精度调优

一、QAT 调优流程

流程总览：

针对征程 6H/P 的硬件特性，以 int8+int16+fp16 的混合精度量化为主要调优配置，会增加较多的 fp16 设置来优化量化精度

注意：

征程 6H/P 上会用到更多 fp16 高精度和 GEMM 类算子双 int16 等的配置，为了配置方式更加简单灵活，QAT 量化工具提供了一套新的 qconfig 量化配置模板，具体使用方式和注意事项参考：

【地平线 J6 工具链入门教程】QAT 新版 qconfig 量化模板使用教程

调优原则：

如上是一个标准的对称量化公式，产生误差的地方主要有：

round 产生的舍入误差。例如：当采用 int8 量化，scale 为 0.0078 时，浮点数值 0.0157 对应的定点值为 round（0.0157 / 0.0078） = round（2.0128） = 2，浮点数值 0.0185 对应的定点值为 round（0.0185 / 0.0078） = round（2.3718） = 2，两者均产生了舍入误差，且由于舍入误差的存在，两者的定点值一致。对于舍入误差，可以使用更小的 scale，这样可以使得单个定点值对应的浮点值范围变小。由于直接减小 scale 会导致截断误差，所以常用的方法是使用更高的精度类型，比如：将 int8 换成 int16，由于定点值范围变大， scale 将减小。
clamp 产生的截断误差。当 qmax * scale 无法覆盖需要量化的数值范围时，可能产生较大截断误差。例如：当采用 int8 量化，scale 为 0.0078 时，qmax * scale = 127 * 0.0078 = 0.9906，大于 0.9906 的值对应的定点值将被截断到 127。对于截断误差，可以使用更大的 scale。scale 一般是由量化工具使用统计方法得到，scale 偏小的原因是校准数据不够全，校准方法不对，导致 scale 统计的不合理。比如：某一输入的理论范围为 [-1， 1]，但校准或 qat 过程中，没有观测到最大值为 1 或最小值为 -1 的样本或观测到此类样本的次数太少。应该增加此类数据或者根据数值范围，手动设置固定 scale。在截断误差不大的情况下，可以调整校准参数，通过不同的校准方法和超参缓解截断误差。

因此，QAT 量化精度调优以减少上述两种误差为基本原则，下文将针对 QAT 每个阶段做调优介绍：

注意：

征程 6H/P 平台的浮点模型量化友好设计以及 QAT 模型改造等内容和征程 6E/M 一致，仍可参考该文章对应章节：

【地平线 J6 工具链进阶教程】J6 E/M 工具链 QAT 精度调优

1.1 模型检查

完成模型改造和量化配置后，调用 Prepare 接口时会对模型做算子支持和量化配置上的检查，这些检查一定程度上反映了模型量化存在的问题。对于不支持的算子将以报错的形式提醒用户，一般有两种情况：

未正确进行模型的量化改造。Prepare 过程中 QAT 量化工具会对模型进行 trace 来获取完整的计算图，在这个过程中会完成算子替换等的优化，对于这些已替换的算子，输入输出类型如果是 torch.tensor 而非经过 QuantStub 转化后的 qtensor，则会触发不支持算子的报错，表现为 xxx is not implemented for QTensor；
确实存在不支持的算子。工具链已支持业界大量的常用算子，但对于部分非常见算子的不支持情况，需考虑进行算子替换或者作为算子需求向工具链团队导入。

Prepare 运行成功后会在当前目录下自动保存模型检查文件 model_check_result.txt 和 fx_graph.txt，建议参考下列解读顺序：

算子融合检查。算子融合作为 QAT 量化工具的标准优化手段，常见的融合组合为 Conv+ReLU+BN 和 Conv+Add 等，未融合的算子会在 txt 文件中给出，未按预期融合的算子可能是因为共享没有融合成功或者是 QAT 量化工具的融合逻辑变更（针对新版 qconfig 量化模板 enable_optimize=True 情况，见【地平线 J6 工具链入门教程】QAT 新版 qconfig 量化模板使用教程），需要检查代码，确认未融合的情况是否符合预期：

# 示例：未融合的Conv+Add算子
Fusable modules are listed below:
name       type------  -------------------------
model.view_transformation.input_proj.0.0(shared) 
<class'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.conv2d.Conv2d'>
model.view_transformation._generated_add_0        
<class'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.functional_modules.FloatFunctional'>

未融合的算子对模型性能会有一定影响，对于精度的影响需视量化敏感度具体分析，一般来说，Conv/Linear+ReLU+BN 可能会因为算子复用导致未融合，此时建议手动修改融合；在 OE 3.5.0 以及之后版本使用新 qconfig 模板下，Conv+Add 默认不会融合，可不修改

共享模块检查。一个 module 只有一组量化参数，多次使用将会共享同一组量化参数，多次数据分布差异较大时，会产生较大误差：

# 示例：该共享模块被调用8次
Each module called times:
name      called times
---------  --------------   
...
model.map_head.sparse_head.decoder.gen_sineembed_for_position.div.reciprocal                          
8

called times > 1 的模块可能有很多个，全部改写成非共享是一劳永逸的。对于修改简单且精度影响大的共享算子如 QuantStub，强烈建议取消共享；对于 DeQuantStub 算子，共享不会对模型精度产生影响，但是会影响 Debug 结果的分析，也建议取消共享，修改方式参考征程 6E/M“模型改造”章节。

例如下面的共享模块，量化表示的最大值为 128 * 0.0446799 ≈ 5.719，在第一次使用中，输出范围明显小于 [-5.719， 5.719]，误差较小，第二次使用中，输出范围超出 [-5.719， 5.719]，数值被截断，产生了较大误差。两次数值范围的差异也造成了统计出的 scale 不准确，因此该共享模块必须修改

+-+-+-+-+-+-+--+-+-+-+-+|   | mod_name | base_op_type   | analy_op_type  | shape  | quant_dtype |  qscale |base_model_min | analy_model_min | base_model_max |   analy_model_max ||-+-+--+-+-+-+-+-+-+-+-+...| 1227 | model.map_head.sparse_head.decoder.gen_sineembed_for_position.div | horizon_plugin_pytorch.nn.div.Div  | horizon_plugin_pytorch.nn.qat.functional_modules.FloatFunctional.mul  | torch.Size([1, 1600, 128])| qint8  |  0.0446799 | 0.0002146 | 0.0000000 | 4.5935526 |  4.5567998 |...| 1520 | model.map_head.sparse_head.decoder.gen_sineembed_for_position.div | horizon_plugin_pytorch.nn.div.Div  | horizon_plugin_pytorch.nn.qat.functional_modules.FloatFunctional.mul | torch.Size([1, 1600, 128]) | qint8 |  0.0446799 | 0.0000000 | 0.0000000 |  6.2831225 |  5.7190272 |...

上面共享算子的修改方式可以参考：

class Model(nn.Module):def __init__(self, ) -> None:super().__init__()...
        self.steps = 2for step in range(self.steps):setattr(self, f'div{step}', FloatFunctional())def forward(self, data):...for step in range(self.steps):
            data = getattr(self, f'div{step}').div(x)...

对于不带权重的 function 类算子都可以参考上面的拆分方式，但是也存在部分共享算子或模块带有权重参数拆分起来比较复杂，是否需要拆分建议先根据量化敏感度进行分析。带有权重参数算子拆分时需要复制权重，拆分方式可以参考：

class Model(nn.Module):def __init__(self, ) -> None:super().__init__()...
        self.steps = 3
        self.conv0 = nn.Conv2d(...)
        shared_weight = self.conv0.weight
        shared_bias = self.conv0.bias
        for step in range(1, self.steps):setattr(self, f'conv{step}', nn.Conv2d(...))getattr(self, f'conv{step}').weight = shared_weight
            getattr(self, f'conv{step}').bias = shared_bias
  
    def forward(self, data):...for step in range(self.steps):
            data = getattr(self, f'conv{step}')(x)...

上述共享算子修改生效后，在 model_check_result.txt 文件中可见到无该算子共享相关的信息：

# 修改生效后下面信息将不再显示
Modules below are used multi times:
name      called times
------  --------------
xxxxx                2

此外，未调用的模块也会在文件中体现，called times 为 0，当 Calibration/QAT/模型导出出现 miss_key 时，可以检查模型中是否有模块未被 trace。

量化配置检查。txt 文件中会给出模型量化精度的统计信息：

# 算子输入量化精度统计input dtype statistics:+---+--+--+--+| module type                                                                |   torch.float32 |   qint8 |   qint16 ||---+---+--+--+| <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.stubs.QuantStub'>                    |             290 |      15 |        0 || <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.linear.Linear'>                      |               5 |     117 |        9 || <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.stubs.DeQuantStub'>                  |               0 |       8 |        0 |...# 算子输出量化精度统计
output dtype statistics:+---+--+--+--+| module type                                                                |   torch.float32 |   qint8 |   qint16 ||---+--+--+--+| <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.stubs.QuantStub'>                    |               0 |     123 |      182 |...# 使用fp16量化精度的算子，量化精度统计+---+--+--+--+--+| module type                                                                |   torch.float32 |   qint8 |   qint16 |   torch.float16 ||-----+--+--+--+--|| <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.stubs.QuantStub'>                    |              34 |       0 |        0 |               0 || <class 'torch.nn.modules.padding.ZeroPad2d'>                               |               0 |      11 |        0 |               0 || <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.functional_modules.FloatFunctional'> |              48 |      14 |        9 |              50 |...

重点检查的信息有：

<class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.stubs.QuantStub'> 的 input dtype 应为 torch.float32，对于 qint8 或者 qint16 的 input dtype，一般是冗余的 QuantStub 算子可以改掉，不会对精度产生影响但可能会对部署模型性能有影响（算子数量）
正常来说模型中的算子不应出现 torch.float32 的输入精度（除下文 c 情况），如上图的 <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.linear.Linear'>，需要检查是否漏插 QuantStub 未转定点，未转定点的算子在导出部署模型时会 cpu 计算从而影响模型性能。对于模型中的一些浮点常量 tensor，工具已支持自动插入 QuantStub 转定点，建议获取最新版本
对于 GEMM 类算子（Conv/Matmul/Linear）作为模型输出时支持高精度输出（征程 6E/M 支持 int32 输出，征程 6B/H/P 支持浮点输出），体现到这里则是 <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.stubs.DeQuantStub'> 的 input dtype 应为 torch.float16 或 torch.float32，对于 qint8 或 qint16 输入的 DeQuantStub 需要检查是否符合高精度输出的条件，符合条件但未高精度输出的需修改。此外对于下面左图的结构，也建议优化为右图结构来保证高精度输出的优化

qint8 和 qint16 算子的占比，可以协助判断是否配置全 int16 生效；torch.float16 算子的占比，可以协助判断是否配置 fp16 生效

txt 文件同时会给出逐层的量化配置信息：

# 激活逐层qconfig
Each layer out qconfig:+--+--+--+--+--+--+| Module Name| Module Type | Input dtype | out dtype | ch_axis | observer ||--+--+--+--+--+---|# 固定scale| quant | <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.stubs.QuantStub'>                    | [torch.float32] | ['qint16']| -1  | FixedScaleObserver(scale=tensor([3.0518e-05], device='cuda:0'),zero_point=tensor([0], device='cuda:0')) |# QAT训练激活scale更新| mod2.1.attn.q | <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.conv2d.Conv2d'>  | ['qint16']  | ['qint16'] | -1 | MinMaxObserver(averaging_constant=0.01) |# QAT训练激活scale不更新| mod2.1.FFN.out_conv.1.0| <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.conv2d.Conv2d'> | ['qint16']| ['qint16']| -1| MinMaxObserver(averaging_constant=0)  |# 激活fp16 qconfig| bev_fusion.multi_view_cross_attn.32.global_cross_window_attn._generated_add_2[add]| <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.functional_modules.FloatFunctional'> | [torch.float16, torch.float32]                     | [torch.float16] | FakeCast(dtype=torch.float16, min_val=-0.0009765625, max_val=0.0009765625)  | |# 权重逐层qconfig
Weight qconfig:+-----+----+-----+------+---+| Module Name | Module Type | weight dtype|ch_axis|observer ||---+-------+----+----+---|| mod1.0 | <class 'horizon_plugin_pytorch.nn.qat.conv2d.Conv2d'> |qint8 | 0 | MinMaxObserver(averaging_constant=0.01) |

重点检查的信息有：

每层算子的输入输出 dtype、权重的 dtype，是否符合量化配置；若和量化配置不符合，比如配置了 int16，但是算子显示为 int8，则需要关注下算子回退信息，例如在旧模板下 Conv+Add 融合时 Conv 不支持 int16 输入，会导致前序算子输出回退到 int8。新的 qconfig 量化配置模板下算子回退过程需查看 qconfig_changelogs.txt，详细参考：https://developer.horizon.auto/blog/13112
配置了 fix scale 的算子，是否正确显示 FixedScaleObserver 信息，scale 值是否正确
逐层算子的 observer 是否正确：权重默认 MinMaxObserver，QAT 校准时激活默认 MSEObserver，QAT 训练时激活默认 MinMaxObserver
若为 QAT 训练阶段且配置了固定校准的激活 scale，查看 averaging_constant，判断是否生效，生效为 averaging_constant=0（即不更新 scale），默认为 0.01（更新 scale）

对于 fx_graph.txt，可以从中获取到模型中 op/module 的上下游调用关系，例如当存在算子 called times 为 0 未被调用的情况，可以通过 Graph 定位到上下文算子从而定位未被调用的原因（通常因为在 init 函数中定义了但在 forward 中没有调用，也可能存在逻辑判断或循环次数变化的情况）；此外当出现导出的部署模型（bc 模型）精度异常，也可以通过 Graph 信息来排查是否是导出计算图改变导致的

# 模型Graph图结构信息
Graph:
opcode       name        target            args           kwargs
----         -----       -------           -------        -------
placeholder    input_0    input_0              ()         {}
call_module    quant       quant            (input_0,)     {}
call_module  traj_decoder_src_proj_0_0  traj_decoder_src_proj.0.0                                             (quant,)  {}
call_function  scope_end    <function Tracer.scope_end at 0x7f4477d7dc60>   ('traj_decoder_src_proj.0',) {}
call_function  __get__    <method-wrapper '__get__' of getset_descriptor object at 0x7f460922b800>  (traj_decoder_src_proj_0_0,) {}
call_function  __getitem__       <slot wrapper '__getitem__' of 'torch.Size' objects>     (__get__, 0)   {}
call_function  __getitem___1      <slot wrapper '__getitem__' of 'torch.Size' objects>   (__get__, 1)  {}
call_function  __getitem___2     <slot wrapper '__getitem__' of 'torch.Size' objects>   (__get__, 2)   {}
call_function  __getitem___3      <slot wrapper '__getitem__' of 'torch.Size' objects>   (__get__, 3) {}
call_function  permute     <method 'permute' of 'torch._C.TensorBase' objects>   (traj_decoder_src_proj_0_0, 0, 2, 3, 1)  {}...

重点关注的 Graph 信息：

opcode 为算子调用类型
name 为当前算子名称，需注意和 model_check_result.txt 中的 module.submodule 名称区别
target 为算子输出
args 为算子输入

1.2 QAT 校准

1.2.1 int8+int16+fp16 混合精度调优

如果模型中吸收了前后处理的相关算子和操作，这部分默认需要 fp16 精度进行量化

对于 int8+int16+fp16 混合精度而言，主要的量化配置如下（配置方式参考【地平线 J6 工具链入门教程】QAT 新版 qconfig 量化模板使用教程）：

基础配置： TAE 算子（Conv/Matmul/Linear）双 int8、其他算子 fp16
精度优化配置： TAE 算子（Conv/Matmul/Linear）单 int16（部分双 int16）、其他算子 fp16
精度上限配置： TAE 算子（Conv/Matmul/Linear）双 int16、其他算子 fp16
性能上限配置：全局 int8，建议仅在测试模型最优性能（精度无保证）或作为高精度耗时优化的对比参考时配置

同样的对于较难量化的模型而言，初始应使用精度上限配置，在这个配置下解决量化流程可能的问题，优化量化风险较大的算子/模块，往往通过 Debug 工具进行定位，但在使用 Debug 工具较难定位到量化瓶颈时，可以使用分步量化的小技巧（参考本文最后章节"调优技巧"），也即对选中算子取消量化后对比精度，如定位到前后处理的算子/模块产生明显掉点，建议从模型中剥离；定位到模型中算子/模块，可以使用设置 fix_scale 和拆分共享模块等方式，或者从量化友好角度修改浮点模型（参考征程 6E/M 量化调优对应章节：【地平线 J6 工具链进阶教程】J6 E/M 工具链 QAT 精度调优）

精度上限配置下的模型较难满足部署侧的延时要求，因此解决掉上述的量化瓶颈后需要回归到基础配置。在基础配置上通过敏感度的分析结果，增加 TAE 的 int16 算子，也就是精度优化配置。在基础配置和精度优化配置下精度达标的模型，视延时情况可能需要进一步做性能优化，主要方向为：

基础配置下，回退 fp16 性能瓶颈算子到低精度 int8
精度优化配置下，回退双 int16 的 TAE 算子到单 int16，回退 fp16 性能瓶颈算子到低精度 int8

精度优化配置下如果 int16 算子比例已超出部署预期但精度仍有一定差距，则可以考虑回退部分 int16 算子后尝试 QAT 训练；基础配置下精度表现距离浮点差距较小（量化精度/浮点精度 > 90%，经验值），直接尝试 QAT 训练，在 量化精度/浮点精度 >= 95%（经验值）的情况下，建议优先尝试固定校准激活 scale 的 QAT 训练（仅调整权重感知量化误差）

对于不同精度配置下的 QAT 校准，都有一些校准超参可以调整，需要用户结合具体模型去做调参优化，其中主要的参数有校准数据的 batch size、校准的 steps，详细的参数参考：

基础调优手段：调优指南_基础调优手段
高级调优手段：调优指南_高级调优手段

由于征程 6H/P 平台使用了较多浮点 FP16 精度，该精度下数值范围超限场景有以下常见的优化方法和优缺点总结：

总结：

int8+int16+fp16 混合精度调优的重点应放在 TAE 双 int16+ 其他算子 fp16 的调优上，这里需要把使用问题，量化不友好模块等等各种千奇百怪的问题都解决，看到模型的精度上限，然后根据模型部署的性能要求进行 TAE int8 和 int16 混合精度的调优，最后对非 TAE 算子进行 int8+fp16 混合精度的调优，最终达成部署精度和部署性能的平衡。

1.2.2 Debug 产出物解读

征程 6H/P 平台 Debug 产出物的解读和征程 6E/M 一致，仍可参考该文章对应章节：【地平线 J6 工具链进阶教程】J6 E/M 工具链 QAT 精度调优

Badcase 调优

对于实车或回灌反馈的可视化 badcase，利用 Debug 工具的调优流程为：

1.3 QAT 训练

大部分模型仅通过 QAT 校准就可以获得较好的量化精度，对于部分较难调优的模型，以及还需要继续优化误差类指标的模型，通常校准设置的高精度比例导致延时超过部署上限，但精度仍无法达标，这种情况可以尝试 QAT 训练来获得满足预期性能-精度平衡的量化模型。

根据前文所述，在 QAT 校准 量化精度/浮点精度 >= 95%（经验值） 的情况下，充分利用校准阶段较好的激活量化参数，优先尝试固定校准激活 scale 的 QAT 训练（仅调整权重感知量化误差），设置方式具体参考征程 6E/M 精度调优的“模型改造”章节：【地平线 J6 工具链进阶教程】J6 E/M 工具链 QAT 精度调优

参考浮点训练，QAT 训练在大部分配置保持和浮点训练一致的基础上，也涉及到部分超参的调整来提升量化训练的精度，例如 QAT 的学习率、weight_decay、迭代次数等，详细的参数调整策略参考：

基础调优手段：调优指南_基础调优手段
高级调优手段：调优指南_高级调优手段

浮点和 QAT 训练中都涉及到对 BN 的状态控制，在浮点训练中可能会采用 FreezeBN fine-tune 的方式来提升模型精度，在多任务训练中也会采用 FreezeBN 的技巧。因此在 QAT 训练中，提供了 FuseBN 和 WithBN 两种训练方式：

FuseBN 即在 Prepare 后，QAT 训练前将 BN 的 weight 和 bias 吸收到 Conv 的 weight 和 bias 中，在训练过程中不再单独更新，这一吸收过程是无损的。FuseBN 也是 QAT 默认的训练方式。
WithBN 则是在 QAT 训练阶段保持 Conv+BN 不融合，带着 BN 进行训练，BN 的参数单独更新，在训练结束后转成部署模型时再做融合。浮点训练阶段如果采用了 FreezeBN 的训练方式，QAT 训练时需设置 WithBN 来对齐浮点训练方式，设置方式如下：

from horizon_plugin_pytorch.qat_mode import QATMode, set_qat_mode
set_qat_mode(QATMode.WithBN)

通过观察 QAT 训练过程的 Loss 变化来初步判断 QAT 训练的量化效果，一般来说和浮点最后的 Loss 结果越接近越好，Loss 过大可能难以收敛，Loss 过小可能影响泛化性，对于异常的 Loss 建议的优化手段：

异常 INF 和 NAN 的 Loss 值，或者初始 Loss 极大且无收敛迹象，按如下顺序排查：
1. 去掉 prepare 模型的步骤，用 qat pipeline finetune 浮点模型，排除训练 pipeline 的问题，Loss 如果仍异常，需要检查训练链路的配置如优化器 optimizer 和 lr_updater 等
2. 保持当前 QAT 训练配置，只关闭伪量化节点后观察训练的 Loss 现象，理论上和浮点有微小差异

from horizon_plugin_pytorch.quantization import set_fake_quantize, FakeQuantState
...
set_fake_quantize(qat_model, FakeQuantState._FLOAT)
train(qat_model, qat_dataloader)

在排查完链路问题后出现初始 Loss 较大，有收敛迹象但收敛较慢，这种情况可以尝试调整学习率，延长 QAT 迭代次数，因为 QAT 训练本质上是对已收敛浮点模型的 fine-tune，本身存在一定的随机性，用较大的学习率可以快速波动到一个理想精度（依赖一些中间权重的评测）
对于少数模型，QAT 训练以及尝试了多次超参调整后精度仍无法达标，建议回归 QAT 校准阶段增加少量高精度算子（增加 GEMM 类算子 int16，以及其他算子增加 FP16）、回归浮点结构检查是否还存在量化不友好的结构如使用了大量 GeLU 等（参考征程 6E/M 精度调优对应章节【地平线 J6 工具链进阶教程】J6 E/M 工具链 QAT 精度调优）

1.3.1 QAT 训练效率

由于 QAT 训练过程需要感知模型量化所带来的损失，因此模型中会被插入必要的量化相关的节点：数据观测节点 Observer 和伪量化节点 FakeQuant。数据观测节点会不断统计模型中数据的数值范围，伪量化节点会根据量化公式对数据做模拟量化和反量化，两者都会存在开销，此外就是 QAT 工具内部会对部分算子例如 LN 层做拆分算子的实现，因此相同配置下的 QAT 训练效率是会略低于浮点训练效率，具体还和模型参数规模、算子数量等有关。

对于用户可明显感知到的 QAT 训练效率降低，建议的优化手段有：

使用 QAT 工具提供的算子，这些算子优化了训练效率，例如 MultiScaleDeformableAttention（参考手册）
更新到最新的 horizon-plugin-pytorch 版本，新版本会有持续的 bug fix 和新特性优化，如模型中某些结构或者算子训练耗时增加明显，可以向工具链团队导入

1.4. 模型导出部署

完成 QAT 精度调优后得到的模型仍是 PyTorch 模型，需要使用简单易用的接口来一步步导出编译成部署模型：PyTorch模型 -> export -> convert-> compile

export 得到 qat.bc； convert 得到 quantized.bc； compile 得到 hbm

由于导出生成物中计算差异的存在，对于每个生成物需简单验证其精度，可通过单张可视化或 mini 数据集，过程中如存在精度掉点，请参考【地平线 J6 工具链进阶教程】J6 E/M 工具链 QAT 精度一致性问题分析流程

二.调优技巧

2.1 分部量化

下面这种方式仅适用于 Calib 阶段，QAT 阶段因为模型已经适应了量化误差，关闭伪量化精度无法保证

from horizon_plugin_pytorch.utils.quant_switch import GlobalFakeQuantSwitch 
class Model(nn.Module):     
    def _init_(...):     
    def forward(self, x):         
        x = self.quant(x)         
        x = self.backbone(x)         
        x = self.neck(x)         
        GlobalFakeQuantSwitch.disable() # 使伪量化失效         # --------- float32 ---------         
        x = self.head(x)         
        # ---------------------------         
        GlobalFakeQuantSwitch.enable() # 重新打开伪量化         return self.dequant(x)

2.2 部分层冻结下的 QAT 训练

模型 QAT 训练时，要求模型为 train（）状态，此时若部分层冻结，则需要对应修改状态，参考代码如下：

from horizon_plugin_pytorch.quantization import (
    QuantStub,
    prepare,
    set_fake_quantize,
    FakeQuantState,)

qat_model = prepare(model, example_inputs=xxx, qconfig_setter=(xxx))
qat_model.load_state_dict("calib_model_ckpt.pth")

qat_model.train()# 关闭requires_grad可固定权重不更新，但Drop、BN仍然会更新for param in qat_model.backbone.parameters():
    param.requires_grad = False# 配置eval()可固定Drop、BN不更新，但不会固定权重，因此两者需要配合使用
qat_model.backbone.eval()
set_fake_quantize(qat_model.backbone, FakeQuantState.VALIDATION)#配置head的FakeQuant为QAT状态
set_fake_quantize(qat_model.head, FakeQuantState.QAT)

2.3 Calib/QAT 过程 NaN 值定位

出现 NaN 值可通过下面的修改在 calib/qat forward 过程中报错，从而定位到具体的算子：

from horizon_plugin_pytorch.quantization.fake_quantize import FakeQuantize
FakeQuantize.check_nan_scale='forward'#默认为save，在torch.save时检查是否有nan，有nan会报错
qat_model = prepare(model, (input), default_qat_qconfig_setter)

常见的可能出现 NaN 值的结构：

Multi-head Attention 的 attn mask，需要手动做数值的 clamp

posted @ 2026-01-20 12:09 地平线智能驾驶开发者阅读(0) 评论(0) 收藏举报

刷新页面返回顶部