📃 Q8BERT: Quantized 8Bit BERT 리뷰

intel에서 나온 NeurIPS 2019에 발표된 Q8BERT 논문이다. arxiv 링크는 https://arxiv.org/pdf/1910.06188.pdf이다. BERT를 fine tuning phase때 quantization aware training을 적용하여 4배 압축하고, intel CPU의 8bit 연산을 사용해 연산을 가속했다.

1. Introduction

  • quantization-aware training을 fine-tuning process에 적용
  • GEMM 연산과 FC, Embedding Layer 연산을 quantize함
  • 8bit quantized inference 해도 99% accuracy를 유지함

2. Method

  • linear quantization 사용
  • Intel Xeon Cascade Lake의 VNNI를 사용할 경우 FP32 연산에 비해 3.7배 빨라짐 (Bhandare et al., 2019)

2.1. Quantization Scheme

  • symmetric linear quantization 사용함

  • 에 대한 quantization scaling factor이고, 은 highest quantized value이다.
  • 8bit이므로 은 127
  • scaling factor 계산법
    • weights:
    • activations:
      • EMA: Exponential Moving Average

2.2. Quantized-Aware Training

  • Quantization-aware training은 inference stage에서 quantize할 수 있게 training하는 방법 중 하나
  • post training에 반대되는 방식
  • fake quantization을 도입
    • quantization error를 보여주고 quantization error gap을 줄이기 위해
  • fake quantization은 FP32값들을 rounding하는 효과가 있다. (Jacob et al.)
    • outlier들을 줄여서 quantization이 잘 되도록 함
  • rounding하는 operation이 미분가능하지 않으니 Straight-Through Estimator (STE)를 사용함 (Bengio et al., 2013)

3. Implementation

  • training phase
    • FC는 fake quantized input과 fake quantized weight 사이에 GEMM 연산을 하고 quantize안한 bias를 더한다.
  • inference phase
    • embedding layer는 int8 embedding vector를 반환하고, quantized FC는 int8 input, weight를 연산하고 int32 bias를 더한다. 그 후 activation을 연산한다.
  • pytorch transformers 이용했다고 한다. (현재 huggingface/transformers)
  • Higher precision이 중요한 Softmax, Layer Normalization, GELU는 FP32로 사용함

4. Evaluation

Dynamic Quantization과 비교했을 때 Quantization Aware Training이 훨씬 Accuracy Reduction이 적은 것을 볼 수 있다.

읽어보장

6. Conclusions and Future Work

  • BERT 압축을 위해 다른 model compression methods 적용
  • quantized BERT 모델에 다른 compresssion 적용해보기

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  1. 얼마나 빠른지는 적혀있지 않다.
  2. Softmax, LayerNorm, GELU도 int8, int32로 진행한 결과 있었으면 좋았을텐데
  3. distillation과 같이 적용가능할까?
  4. quantization이 잘되는 이유가 fp32가 redundant해서 그런걸까 아니면 BERT가 reduandant해서 그런걸까
April 14, 2020 에 작성
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