昆仑芯 XTCL

Paddle Lite 已支持昆仑芯系列芯片及板卡 在 X86 和 ARM 服务器上进行预测部署。 目前支持子图接入方式，其接入原理是在线分析 Paddle 模型，将 Paddle 算子先转为统一的 NNAdapter 标准算子，再通过 XTCL 组网 API 进行网络构建，在线生成并执行模型。

XPU Tensor Compilation Library (XTCL)，即昆仑芯针对机器学习领域实践而提供的图编译引擎库，可提供基于昆仑芯硬件相关的图层分析框架和加速优化能力。

支持现状

已支持的芯片

• 昆仑芯1代 AI 芯片 CK10 / CK20

• 昆仑芯2代 AI 芯片 CR20

已支持的 AI 加速卡

• 昆仑芯 AI 加速卡 K100 / K200

• 昆仑芯 AI 加速卡 R200

已验证支持的 Paddle 模型

模型

• 图像分类

  • AlexNet

  • DarkNet53

  • DenseNet121

  • DPN68

  • EfficientNetB0

  • GhostNet

  • GoogLeNet

  • HRNet-W18

  • Inception-v3

  • Inception-v4

  • MobileNet-v1

  • MobileNet-v2

  • MobileNetV3_large

  • MobileNetV3_small

  • PP-LCNet

  • Res2Net50

  • ResNet-101

  • ResNet-18

  • ResNet-50

  • ResNeXt50

  • SE_ResNet50

  • SqueezeNet-v1

  • VGG16

  • VGG19

• 目标检测

  • PP-YOLO_mbv3

  • PPYOLO_tiny

  • SSD-MobileNetV1(1.8)

  • SSDLite-MobileNetV3_large

  • SSDLite-MobileNetV3_small

  • YOLOv3-DarkNet53

  • YOLOv3-MobileNetV1

  • YOLOv3-MobileNetV3

  • YOLOv4

• 人脸检测

  • FaceBoxes

• 文本检测 & 文本识别 & 端到端检测识别

  • ch_ppocr_server_v2.0_det

  • ch_ppocr_server_v2.0_rec

  • ch_PP-OCRv2_det

  • ch_PP-OCRv2_rec

  • CRNN-mv3-CTC

• 推荐系统

  • NCF

• 图像分割

  • PP-HumanSeg-Lite

  • PP-HumanSeg-Server(DeepLabV3+)

• 视频分类

  • PP-TSN

• 开源模型支持列表

Note: 以上全部模型目前只在 R200 上测试验证通过，部分模型支持 K100 / K200.

性能

性能仅供参考,以实际运行效果为准。

模型	Intel CPU 性能 (ms)	x86 + R200 性能 (ms）
AlexNet	37.777400	0.689400
DenseNet121	76.767599	4.015600
EfficientNetB0	96.174400	1.564200
GoogLeNet	46.062800	1.464400
Inception-v3	77.464400	2.183400
Inception-v4	151.721399	3.128800
MobileNet-v1	23.442400	0.500800
MobileNet-v2	19.889200	1.411200
ResNet-18	47.691199	0.429400
ResNet-50	108.112999	0.815200
ResNet-101	200.134998	1.392200
ResNeXt50	110.684799	1.648600
SqueezeNet-v1	33.140800	0.902400
VGG16	491.237994	1.542200
VGG19	613.287396	1.675200
DPN68	88.027000	2.805000
DarkNet53	11197.110547	1.139400
GhostNet	19.538400	5.726200
Res2Net50	371.824005	2.664400
SE_ResNet50	140.231198	1.521600
ch_PP-OCRv2_det	111.911003	3.690000
ch_PP-OCRv2_rec	40.988998	5.419000
ch_ppocr_server_v2.0_det	987.729980	6.303000
ch_ppocr_server_v2.0_rec	370.881012	16.434999
CRNN-mv3-CTC	13.041000	4.146000
FaceBoxes	336.138000	43.075001
NCF	0.010000	0.147000
PP-TSN	29140.355469	90.681000
SSD-MobileNetV1(1.8)	33.758300	2.078400
YOLOv3-DarkNet53	1828.807058	18.015895
YOLOv3-MobileNetV1	541.669899	9.348368
YOLOv4	6887.933979	25.008631

已支持（或部分支持）的 Paddle 算子

您可以查阅 NNAdapter 算子支持列表获得各算子在不同新硬件上的最新支持信息。

参考示例演示

测试设备(昆仑芯 AI 加速卡 R200)

准备设备环境

• 昆仑芯 AI 加速卡 R200 产品手册；

• R200 为全高全长 PCI-E 卡，要求使用 PCIe4.0 x16 插槽，且需要单独的 8 针供电线进行供电；

• 安装 R200 XRE 驱动，目前支持 Ubuntu 和 CentOS 系统，由于驱动依赖 Linux kernel 版本，请正确安装对应版本的驱动安装包。

准备本地编译环境

• 为了保证编译环境一致，建议根据机器的实际情况参考 Linux x86 环境下编译适用于 Linux x86 的库或 ARM Linux 环境下编译适用于 ARM Linux 的库中的准备编译环境进行环境配置

运行图像分类示例程序

• 下载示例程序 PaddleLite-generic-demo.tar.gz ,解压后清单如下：

    - PaddleLite-generic-demo
      - image_classification_demo
        - assets
          - configs
            - imagenet_224.txt # config 文件
            - synset_words.txt # 1000 分类 label 文件
          - datasets
            - test # dataset
              - inputs
                - tabby_cat.jpg # 输入图片
              - outputs
                - tabby_cat.jpg # 输出图片
              - list.txt # 图片清单
          - models
            - resnet50_fp32_224 # Paddle non-combined 格式的 resnet50 float32 模型
              - __model__ # Paddle fluid 模型组网文件，可拖入 https://lutzroeder.github.io/netron/ 进行可视化显示网络结构
              - bn2a_branch1_mean # Paddle fluid 模型参数文件
              - bn2a_branch1_scale
              ...
        - shell
          - CMakeLists.txt # 示例程序 CMake 脚本
          - build.linux.amd64 # 已编译好的，适用于 amd64
            - demo # 已编译好的，适用于 amd64 的示例程序
          - build.linux.arm64 # 已编译好的，适用于 arm64
            - demo # 已编译好的，适用于 arm64 的示例程序
            ...
          ...
          - demo.cc # 示例程序源码
          - build.sh # 示例程序编译脚本
          - run.sh # 示例程序本地运行脚本
          - run_with_ssh.sh # 示例程序 ssh 运行脚本
          - run_with_adb.sh # 示例程序 adb 运行脚本
      - libs
        - PaddleLite
          - android
            - arm64-v8a
            - armeabi-v7a
          - linux
            - amd64
              - include # Paddle Lite 头文件
              - lib # Paddle Lite 库文件
                - cpu
                  - libiomp5.so # Intel OpenMP 库
                  - libmklml_intel.so # Intel MKL 库
                  - libmklml_gnu.so # GNU MKL 库
                - kunlunxin_xtcl # 昆仑芯 XTCL 库、NNAdapter 运行时库、device HAL 库
                  - libnnadapter.so # NNAdapter 运行时库
                  - libkunlunxin_xtcl.so # NNAdapter device HAL 库
                  - libxtcl.so # 昆仑芯 XTCL 库
                  ...
                - libpaddle_full_api_shared.so # 预编译 Paddle Lite full api 库
                - libpaddle_light_api_shared.so # 预编译 Paddle Lite light api 库
            - arm64
              - include
              - lib
            - armhf
              ...
        - OpenCV # OpenCV 预编译库
      - object_detection_demo # 目标检测示例程序
  

• 进入 PaddleLite-generic-demo/image_classification_demo/shell/；

• 执行以下命令比较 mobilenet_v1_fp32_224 模型的性能和结果；

  运行 mobilenet_v1_fp32_224 模型
  
  For amd64
  (intel x86 cpu only)
  $ ./run.sh mobilenet_v1_fp32_224 imagenet_224.txt test linux amd64
  
    Top1 Egyptian cat - 0.482870
    Top2 tabby, tabby cat - 0.471594
    Top3 tiger cat - 0.039779
    Top4 lynx, catamount - 0.002430
    Top5 ping-pong ball - 0.000508
    Preprocess time: 3.133000 ms, avg 3.133000 ms, max 3.133000 ms, min 3.133000 ms
    Prediction time: 12.594000 ms, avg 12.594000 ms, max 12.594000 ms, min 12.594000 ms
    Postprocess time: 4.235000 ms, avg 4.235000 ms, max 4.235000 ms, min 4.235000 ms
  
  (intel x86 cpu + kunlunxin xtcl)
  $ ./run.sh mobilenet_v1_fp32_224 imagenet_224.txt test linux amd64 kunlunxin_xtcl
  
    Top1 Egyptian cat - 0.482607
    Top2 tabby, tabby cat - 0.471841
    Top3 tiger cat - 0.039819
    Top4 lynx, catamount - 0.002419
    Top5 ping-pong ball - 0.000505
    Preprocess time: 2.653000 ms, avg 2.653000 ms, max 2.653000 ms, min 2.653000 ms
    Prediction time: 0.524000 ms, avg 0.524000 ms, max 0.524000 ms, min 0.524000 ms
    Postprocess time: 4.077000 ms, avg 4.077000 ms, max 4.077000 ms, min 4.077000 ms
  
   For arm64
  (arm cpu only)
  $ ./run.sh mobilenet_v1_fp32_224 imagenet_224.txt test linux arm64
  
    Top1 Egyptian cat - 0.482871
    Top2 tabby, tabby cat - 0.471594
    Top3 tiger cat - 0.039779
    Top4 lynx, catamount - 0.002430
    Top5 ping-pong ball - 0.000508
    Preprocess time: 8.123000 ms, avg 8.123000 ms, max 8.123000 ms, min 8.123000 ms
    Prediction time: 78.482000 ms, avg 78.482000 ms, max 78.482000 ms, min 78.482000 ms
    Postprocess time: 8.023000 ms, avg 8.023000 ms, max 8.023000 ms, min 8.023000 ms
  
  (arm cpu + kunlunxin xtcl)
  $ ./run.sh mobilenet_v1_fp32_224 imagenet_224.txt test linux arm64 kunlunxin_xtcl
  
    Top1 Egyptian cat - 0.482583
    Top2 tabby, tabby cat - 0.471810
    Top3 tiger cat - 0.039866
    Top4 lynx, catamount - 0.002433
    Top5 ping-pong ball - 0.000506
    Preprocess time: 8.135000 ms, avg 8.135000 ms, max 8.135000 ms, min 8.135000 ms
    Prediction time: 3.223000 ms, avg 3.223000 ms, max 3.223000 ms, min 3.223000 ms
    Postprocess time: 8.605000 ms, avg 8.605000 ms, max 8.605000 ms, min 8.605000 ms
  

• 如果需要更改测试模型为 resnet50，可以将 run.sh 里的 MODEL_NAME 改成 resnet50_fp32_224，或执行命令：

  (intel x86 cpu + kunlunxin xtcl)
  $ ./run.sh resnet50_fp32_224 imagenet_224.txt test linux amd64 kunlunxin_xtcl
  
  (arm cpu + kunlunxin xtcl)
  $ ./run.sh resnet50_fp32_224 imagenet_224.txt test linux arm64 kunlunxin_xtcl
  

• 如果需要更改测试图片，可将图片拷贝到 PaddleLite-generic-demo/image_classification_demo/assets/datasets/test/inputs 目录下，同时将图片文件名添加到 PaddleLite-generic-demo/image_classification_demo/assets/datasets/test/list.txt 中；

• 如果需要重新编译示例程序，直接运行

  For amd64
  $ ./build.sh linux amd64
  
  For arm64
  $ ./build.sh linux arm64
  

更新支持昆仑芯 XTCL 的 Paddle Lite 库

• 下载 Paddle Lite 源码

  $ git clone https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite.git
  $ cd Paddle-Lite
  $ git checkout <release-version-tag>
  

• 编译并生成 PaddleLite + NNAdapter + kunlunxin_xtcl for amd64 and arm64 的部署库

  • For amd64

    • full_publish 编译

    默认自动从云上下载 kunlunxin_xtcl_sdk，如需指定，请使用参数--nnadapter_kunlunxin_xtcl_sdk_root
    $ ./lite/tools/build_linux.sh --arch=x86 --with_extra=ON --with_log=ON --with_exception=ON --with_nnadapter=ON --nnadapter_with_kunlunxin_xtcl=ON full_publish
    

    • 替换头文件和库

    清理原有 include 目录
    $ rm -rf PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/amd64/include/
    
    替换 include 目录
    $ cp -rf build.lite.linux.x86.gcc/inference_lite_lib/cxx/include/ PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/amd64/include/
    
    替换 NNAdapter 运行时库
    $ cp build.lite.linux.x86.gcc/inference_lite_lib/cxx/lib/libnnadapter.so PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/amd64/lib/kunlunxin_xtcl/
    
    替换 NNAdapter device HAL 库
    $ cp build.lite.linux.x86.gcc/inference_lite_lib/cxx/lib/libkunlunxin_xtcl.so PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/amd64/lib/kunlunxin_xtcl/
    
    替换 libpaddle_full_api_shared.so
    $ cp build.lite.linux.x86.gcc/inference_lite_lib/cxx/lib/libpaddle_full_api_shared.so PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/amd64/lib/
    
    替换 libpaddle_light_api_shared.so
    $ cp build.lite.linux.x86.gcc/inference_lite_lib/cxx/lib/libpaddle_light_api_shared.so PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/amd64/lib/
    

  • For arm64

    • full_publish 编译

    arm 环境下需要设置环境变量 CC 和 CXX，分别指定 C 编译器和 C++ 编译器的路径
    默认自动从云上下载 kunlunxin_xtcl_sdk，如需指定，请使用参数--nnadapter_kunlunxin_xtcl_sdk_root
    $ export CC=<path_to_your_c_compiler>
    $ export CXX=<path_to_your_c++_compiler>
    $ ./lite/tools/build_linux.sh --arch=armv8 --with_extra=ON --with_log=ON --with_exception=ON --with_nnadapter=ON --nnadapter_with_kunlunxin_xtcl=ON full_publish
    

    • 替换头文件和库

    清理原有 include 目录
    $ rm -rf PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/arm64/include/
    
    替换 include 目录
    $ cp -rf build.lite.linux.armv8.gcc/inference_lite_lib.armlinux.armv8.nnadapter/cxx/include/ PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/arm64/include/
    
    替换 NNAdapter 运行时库
    $ cp build.lite.linux.armv8.gcc/inference_lite_lib.armlinux.armv8.nnadapter/cxx/lib/libnnadapter.so PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/arm64/lib/kunlunxin_xtcl/
    
    替换 NNAdapter device HAL 库
    $ cp build.lite.linux.armv8.gcc/inference_lite_lib.armlinux.armv8.nnadapter/cxx/lib/libkunlunxin_xtcl.so PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/arm64/lib/kunlunxin_xtcl/
    
    替换 libpaddle_full_api_shared.so
    $ cp build.lite.linux.armv8.gcc/inference_lite_lib.armlinux.armv8.nnadapter/cxx/lib/libpaddle_full_api_shared.so PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/arm64/lib/
    
    替换 libpaddle_light_api_shared.so
    $ cp build.lite.linux.armv8.gcc/inference_lite_lib.armlinux.armv8.nnadapter/cxx/lib/libpaddle_light_api_shared.so PaddleLite-generic-demo/libs/PaddleLite/linux/arm64/lib/
    

高级特性

本节主要说明在不同的昆仑芯AI加速卡上如何设置不同的参数。以下列出了 Paddle Lite 下支持的两种高级参数。

• 高级参数

  • KUNLUNXIN_XTCL_SELECTED_DEVICE_IDS

    指定昆仑芯产品的 ID 号。例如 KUNLUNXIN_XTCL_SELECTED_DEVICE_IDS=0 或 KUNLUNXIN_XTCL_SELECTED_DEVICE_IDS=0,1,2,3

  • KUNLUNXIN_XTCL_DEVICE_TARGET

    指定昆仑芯的不同类型的 AI 加速卡。例如 KUNLUNXIN_XTCL_DEVICE_TARGET=xpu -libs=xdnn -device-type=xpu1 或者 KUNLUNXIN_XTCL_DEVICE_TARGET=xpu -libs=xdnn -device-type=xpu2。XPU 代指昆仑芯自主研发的芯片硬件架构，XPU1 用在昆仑芯 1 代系列产品，包括 K100 和 K200；XPU2 用在昆仑芯 2 代系列产品，包括 R200 等。

• 使用方式

  • c++ 代码示例

  // Run inference by using light api with MobileConfig
  paddle::lite_api::MobileConfig mobile_config;
  // nnadapter_context_properties, 多个参数之间使用;进行分割
  std::string nnadapter_context_properties = "KUNLUNXIN_XTCL_SELECTED_DEVICE_IDS=0;KUNLUNXIN_XTCL_DEVICE_TARGET=xpu -libs=xdnn -device-type=xpu1"
  mobile_config.set_nnadapter_context_properties(nnadapter_context_properties);
  

  • shell 脚本示例

  export KUNLUNXIN_XTCL_SELECTED_DEVICE_IDS=0
  export KUNLUNXIN_XTCL_DEVICE_TARGET="xpu -libs=xdnn -device-type=xpu1"
  

其他说明

• 昆仑芯的研发团队正在持续适配更多的 Paddle 算子，以便支持更多的 Paddle 模型。