Pytorch轉(zhuǎn)ONNX詳解
極市導(dǎo)讀
?本文作者總結(jié)了自己參與Pytorch到ONNX的模型轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換工作中的經(jīng)驗(yàn)，主要介紹了該轉(zhuǎn)換工作的意義，模型部署的路徑以及Pytorch本身的局限。?>>加入極市CV技術(shù)交流群，走在計(jì)算機(jī)視覺的最前沿
之前幾個(gè)月參與了OpenMMlab的模型轉(zhuǎn)ONNX的工作（github account: drcut），主要目標(biāo)是支持OpenMMLab的一些模型從Pytorch到ONNX的轉(zhuǎn)換。這幾個(gè)月雖然沒做出什么成果，但是踩了很多坑，在這里記錄下來，希望可以幫助其他人。
這篇是第一部分，理論篇，主要介紹了和代碼無關(guān)的一些宏觀問題。再接下來我會(huì)專門寫一篇實(shí)戰(zhàn)篇，針對OpenMMlab中一些具體代碼做分析，說明Pytorch轉(zhuǎn)化ONNX過程中的一些代碼上的技巧和注意事項(xiàng)。
（1）Pytorch轉(zhuǎn)ONNX的意義
一般來說轉(zhuǎn)ONNX只是一個(gè)手段，在之后得到ONNX模型后還需要再將它做轉(zhuǎn)換，比如轉(zhuǎn)換到TensorRT上完成部署，或者有的人多加一步，從ONNX先轉(zhuǎn)換到caffe，再從caffe到tensorRT。原因是Caffe對tensorRT更為友好，這里關(guān)于友好的定義后面會(huì)談。
因此在轉(zhuǎn)ONNX工作開展之前，首先必須明確目標(biāo)后端。ONNX只是一個(gè)格式，就和json一樣。只要你滿足一定的規(guī)則，都算是合法的，因此單純從Pytorch轉(zhuǎn)成一個(gè)ONNX文件很簡單。但是不同后端設(shè)備接受的onnx是不一樣的，因此這才是坑的來源。
Pytorch自帶的torch.onnx.export轉(zhuǎn)換得到的ONNX，ONNXRuntime需要的ONNX，TensorRT需要的ONNX都是不同的。
這里面舉一個(gè)最簡單的Maxpool的例：
Maxunpool可以被看作Maxpool的逆運(yùn)算，咱們先來看一個(gè)Maxpool的例子，假設(shè)有如下一個(gè)C*H*W的tensor（shape[2, 3, 3])，其中每個(gè)channel的二維矩陣都是一樣的，如下所示
?
在這種情況下，如果我們在Pytorch對它調(diào)用MaxPool（kernel_size=2, stride=1,pad=0）
那么會(huì)得到兩個(gè)輸出，第一個(gè)輸出是Maxpool之后的值：
?
另一個(gè)是Maxpool的Idx，即每個(gè)輸出對應(yīng)原來的哪個(gè)輸入，這樣做反向傳播的時(shí)候就可以直接把輸出的梯度傳給對應(yīng)的輸入：
?
細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)Maxpool的Idx還可以有另一種寫法：
?
?，
即每個(gè)channel的idx放到一起，并不是每個(gè)channel單獨(dú)從0開始。這兩種寫法都沒什么問題，畢竟只要反向傳播的時(shí)候一致就可以。
但是當(dāng)我在支持OpenMMEditing的時(shí)候，會(huì)涉及到Maxunpool，即Maxpool的逆運(yùn)算：輸入MaxpoolId和Maxpool的輸出，得到Maxpool的輸入。
Pytorch的MaxUnpool實(shí)現(xiàn)是接收每個(gè)channel都從0開始的Idx格式，而Onnxruntime則相反。因此如果你希望用Onnxruntime跑一樣的結(jié)果，那么必須對輸入的Idx（即和Pytorch一樣的輸入）做額外的處理才可以。換言之，Pytorch轉(zhuǎn)出來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖和ONNXRuntime需要的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖是不一樣的。
（2）ONNX與Caffe
主流的模型部署有兩種路徑，以TensorRT為例，一種是Pytorch->ONNX->TensorRT，另一種是Pytorch->Caffe->TensorRT。個(gè)人認(rèn)為目前后者更為成熟，這主要是ONNX，Caffe和TensorRT的性質(zhì)共同決定的
上面的表列了ONNX和Caffe的幾點(diǎn)區(qū)別，其中最重要的區(qū)別就是op的粒度。舉個(gè)例子，如果對Bert的Attention層做轉(zhuǎn)換，ONNX會(huì)把它變成MatMul，Scale，SoftMax的組合，而Caffe可能會(huì)直接生成一個(gè)叫做Multi-Head Attention的層，同時(shí)告訴CUDA工程師：“你去給我寫一個(gè)大kernel“（很懷疑發(fā)展到最后會(huì)不會(huì)把ResNet50都變成一個(gè)層。。。）
tensor i = funcA();
if(i==0)
j = funcB(i);
else
j = funcC(i);
funcD(j);
tensor i = funcA();
coarse_func(tensor i) {
if(i==0) return funcB(i);
else return funcC(i);
}
funcD(coarse_func(i))
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