本章概述了您可以使用 TensorRT 做什么。它旨在對所有 TensorRT 用戶有用。

2.1. C++ and Python APIs

TensorRT 的 API 具有 C++ 和 Python 的語言綁定，具有幾乎相同的功能。 Python API 促進了與 Python 數據處理工具包和庫（如 NumPy 和 SciPy）的互操作性。 C++ API 可以更高效，并且可以更好地滿足某些合規(guī)性要求，例如在汽車應用中。 注意： Python API 并非適用于所有平臺。

2.2. The Programming Model

TensorRT 構建階段的最高級別接口是Builder （ C++ 、 Python ）。構建器負責優(yōu)化模型并生成Engine 。

為了構建引擎，您需要：

創(chuàng)建網絡定義

為builder指定配置

調用builder創(chuàng)建引擎

NetworkDefinition接口（ C++ 、 Python ）用于定義模型。將模型傳輸到 TensorRT 的最常見途徑是以 ONNX 格式從框架中導出模型，并使用 TensorRT 的 ONNX 解析器來填充網絡定義。但是，您也可以使用 TensorRT 的Layer （ C++ ， Python ） 和Tensor （ C++ ， Python ） 接口逐步構建定義。

無論您選擇哪種方式，您還必須定義哪些張量是網絡的輸入和輸出。未標記為輸出的張量被認為是可以由構建器優(yōu)化掉的瞬態(tài)值。輸入和輸出張量必須命名，以便在運行時，TensorRT 知道如何將輸入和輸出緩沖區(qū)綁定到模型。

BuilderConfig接口（ C++ 、 Python ）用于指定TensorRT如何優(yōu)化模型。在可用的配置選項中，您可以控制 TensorRT 降低計算精度的能力，控制內存和運行時執(zhí)行速度之間的權衡，以及限制對 CUDA ?內核的選擇。由于構建器可能需要幾分鐘或更長時間才能運行，因此您還可以控制構建器搜索內核的方式，以及緩存搜索結果以供后續(xù)運行使用。

一旦有了網絡定義和構建器配置，就可以調用構建器來創(chuàng)建引擎。構建器消除了無效計算、折疊常量、重新排序和組合操作以在 GPU 上更高效地運行。它可以選擇性地降低浮點計算的精度，方法是簡單地在 16 位浮點中運行它們，或者通過量化浮點值以便可以使用 8 位整數執(zhí)行計算。它還使用不同的數據格式對每一層的多次實現(xiàn)進行計時，然后計算執(zhí)行模型的最佳時間表，從而最大限度地降低內核執(zhí)行和格式轉換的綜合成本。

構建器以稱為計劃的序列化形式創(chuàng)建引擎，該計劃可以立即反序列化，或保存到磁盤以供以后使用。

注意：

TensorRT 創(chuàng)建的引擎特定于創(chuàng)建它們的 TensorRT 版本和創(chuàng)建它們的 GPU。

TensorRT 的網絡定義不會深度復制參數數組（例如卷積的權重）。因此，在構建階段完成之前，您不得釋放這些陣列的內存。使用 ONNX 解析器導入網絡時，解析器擁有權重，因此在構建階段完成之前不得將其銷毀。

構建器時間算法以確定最快的。與其他 GPU 工作并行運行構建器可能會擾亂時序，導致優(yōu)化不佳。

2.2.2. The Runtime Phase

TensorRT 執(zhí)行階段的最高級別接口是Runtime（ C++ 、 Python ）。 使用運行時時，您通常會執(zhí)行以下步驟：

反序列化創(chuàng)建引擎的計劃（plan 文件）

從引擎創(chuàng)建執(zhí)行上下文（context） 然后，反復：

填充輸入緩沖區(qū)以進行推理

調用enqueue（）或execute（）以運行推理

Engine接口（ C++ 、 Python ）代表一個優(yōu)化模型。您可以查詢引擎以獲取有關網絡輸入和輸出張量的信息——預期的維度、數據類型、數據格式等。

ExecutionContext接口（ C++ 、 Python ）是調用推理的主要接口。執(zhí)行上下文包含與特定調用關聯(lián)的所有狀態(tài) – 因此您可以擁有與單個引擎關聯(lián)的多個上下文，并并行運行它們。

調用推理時，您必須在適當的位置設置輸入和輸出緩沖區(qū)。根據數據的性質，這可能在 CPU 或 GPU 內存中。如果根據您的模型不明顯，您可以查詢引擎以確定在哪個內存空間中提供緩沖區(qū)。

設置緩沖區(qū)后，可以同步（執(zhí)行）或異步（入隊）調用推理。在后一種情況下，所需的內核在 CUDA 流上排隊，并盡快將控制權返回給應用程序。一些網絡需要在 CPU 和 GPU 之間進行多次控制傳輸，因此控制可能不會立即返回。要等待異步執(zhí)行完成，請使用cudaStreamSynchronize在流上同步。

2.3. Plugins

TensorRT 有一個Plugin接口，允許應用程序提供 TensorRT 本身不支持的操作的實現(xiàn)。在轉換網絡時，ONNX 解析器可以找到使用 TensorRT 的PluginRegistry創(chuàng)建和注冊的插件。

TensorRT 附帶一個插件庫，其中許多插件和一些附加插件的源代碼可以在此處找到。

請參閱使用自定義層擴展 TensorRT一章。

2.4. Types and Precision

TensorRT 支持使用 FP32、FP16、INT8、Bool 和 INT32 數據類型的計算。 當 TensorRT 選擇 CUDA 內核在網絡中實現(xiàn)浮點運算時，它默認為 FP32 實現(xiàn)。有兩種方法可以配置不同的精度級別：

為了在模型級別控制精度， BuilderFlag選項（ C++ 、 Python ）可以向 TensorRT 指示它在搜索最快時可能會選擇較低精度的實現(xiàn)（并且因為較低的精度通常更快，如果允許的話，它通常會）。 因此，您可以輕松地指示 TensorRT 為您的整個模型使用 FP16 計算。對于輸入動態(tài)范圍約為 1 的正則化模型，這通常會產生顯著的加速，而準確度的變化可以忽略不計。

對于更細粒度的控制，由于網絡的一部分對數值敏感或需要高動態(tài)范圍，因此層必須以更高的精度運行，可以為該層指定算術精度。

請參閱降低精度部分。

2.5. Quantization

TensorRT 支持量化浮點，其中浮點值被線性壓縮并四舍五入為 8 位整數。這顯著提高了算術吞吐量，同時降低了存儲要求和內存帶寬。在量化浮點張量時，TensorRT 需要知道它的動態(tài)范圍——即表示什么范圍的值很重要——量化時會鉗制超出該范圍的值。

動態(tài)范圍信息可由構建器根據代表性輸入數據計算（這稱為校準–calibration）?；蛘?，您可以在框架中執(zhí)行量化感知訓練，并將模型與必要的動態(tài)范圍信息一起導入到 TensorRT。

請參閱使用 INT8章節(jié)。

2.6. Tensors and Data Formats

在定義網絡時，TensorRT 假設張量由多維 C 樣式數組表示。每一層對其輸入都有特定的解釋：例如，2D 卷積將假定其輸入的最后三個維度是 CHW 格式 – 沒有選項可以使用，例如 WHC 格式。有關每個層如何解釋其輸入，請參閱TensorRT 網絡層一章。

請注意，張量最多只能包含 2^31-1 個元素。 在優(yōu)化網絡的同時，TensorRT 在內部執(zhí)行轉換（包括到 HWC，但也包括更復雜的格式）以使用盡可能快的 CUDA 內核。通常，選擇格式是為了優(yōu)化性能，而應用程序無法控制這些選擇。然而，底層數據格式暴露在 I/O 邊界（網絡輸入和輸出，以及將數據傳入和傳出插件），以允許應用程序最大限度地減少不必要的格式轉換。

請參閱I/O 格式部分

2.7. Dynamic Shapes

默認情況下，TensorRT 根據定義時的輸入形狀（批量大小、圖像大小等）優(yōu)化模型。但是，可以將構建器配置為允許在運行時調整輸入維度。為了啟用此功能，您可以在構建器配置中指定一個或多個OptimizationProfile （ C++ 、 Python ）實例，其中包含每個輸入的最小和最大形狀，以及該范圍內的優(yōu)化點。

TensorRT 為每個配置文件創(chuàng)建一個優(yōu)化的引擎，選擇適用于 ［最小、最大］ 范圍內的所有形狀的 CUDA 內核，并且對于優(yōu)化點來說是最快的——通常每個配置文件都有不同的內核。然后，您可以在運行時在配置文件中進行選擇。

請參閱使用動態(tài)形狀一章。

2.8. DLA

TensorRT 支持 NVIDIA 的深度學習加速器 （DLA），這是許多 NVIDIA SoC 上的專用推理處理器，支持 TensorRT 層的子集。 TensorRT 允許您在 DLA 上執(zhí)行部分網絡，而在 GPU 上執(zhí)行其余部分；對于可以在任一設備上執(zhí)行的層，您可以在構建器配置中逐層選擇目標設備。

請參閱使用 DLA章節(jié)。

2.9. Updating Weights

在構建引擎時，您可以指定它可能需要稍后更新其權重。如果您經常在不更改結構的情況下更新模型的權重，例如在強化學習中或在保留相同結構的同時重新訓練模型時，這將很有用。權重更新是通過Refitter （ C++ ， Python ） 接口執(zhí)行的。

請參閱Refitting An Engine 部分。

2.10. trtexec

示例目錄中包含一個名為trtexec的命令行包裝工具。 trtexec是一種無需開發(fā)自己的應用程序即可快速使用 TensorRT 的工具。 trtexec工具有三個主要用途：

在隨機或用戶提供的輸入數據上對網絡進行基準測試。

從模型生成序列化引擎。

從構建器生成序列化時序緩存。

請參閱trtexec部分。

2.11. Polygraphy

Polygraphy 是一個工具包，旨在幫助在 TensorRT 和其他框架中運行和調試深度學習模型。它包括一個Python API和一個使用此 API 構建的命令行界面 （CLI） 。

除此之外，使用 Polygraphy，您可以：

在多個后端之間運行推理，例如 TensorRT 和 ONNX-Runtime，并比較結果（例如API 、 CLI ）

將模型轉換為各種格式，例如具有訓練后量化的 TensorRT 引擎（例如API 、 CLI ）

查看有關各種類型模型的信息（例如CLI ）

在命令行上修改 ONNX 模型：

提取子圖（例如CLI ）

簡化和清理（例如CLI ）

隔離 TensorRT 中的錯誤策略（例如CLI ）

關于作者

Ken He 是 NVIDIA 企業(yè)級開發(fā)者社區(qū)經理 & 高級講師，擁有多年的 GPU 和人工智能開發(fā)經驗。自 2017 年加入 NVIDIA 開發(fā)者社區(qū)以來，完成過上百場培訓，幫助上萬個開發(fā)者了解人工智能和 GPU 編程開發(fā)。在計算機視覺，高性能計算領域完成過多個獨立項目。并且，在機器人和無人機領域，有過豐富的研發(fā)經驗。對于圖像識別，目標的檢測與跟蹤完成過多種解決方案。曾經參與 GPU 版氣象模式GRAPES，是其主要研發(fā)者。

審核編輯：郭婷