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[Track2-5] CPUだけでAIをやり切った最近のお客様事例 と インテルの先進的な取り組み
2020/8/1 Deep Learning Digital Conference インテル株式会社 大内山 浩 氏
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[Track2-5] CPUだけでAIをやり切った最近のお客様事例 と インテルの先進的な取り組み
- 1. インテル株式会社 APJデータセンター・グループ・セールス AI・テクニカル・ソリューション・スペシャリスト 大内山 浩 DLLAB DeepLearning Digital Conference (2020/8/1) CPUだけでAIをやり切った ここ最近のお客様事例と インテルの先進的な取り組みのご紹介
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- 5. AIは動かしてこそ意味がある モデルを作った後も重要！ 5 課題発見 データ 学習導入 1 2 3 4 性能 セキュ リティ 精度維 持 スケー ラビリ ティ アーキ テク チャ デザイ ン ・・ ・
- 6. 6 製造 メディア 流通 スマート ホームテレコム 交通 あらゆる業界へのAI導入を体現 農業 エネルギー 教育 公共 金融 医療 理化学研究所 様 大手電池 メーカー 様 中国銀聯 様
- 7. 7 ①理化学研究所 様 胸部疾患の自動診断 課題 手段 結果 • モデル：CheXNet（DenseNet121ベース、胸部疾患の画像分類などに利用、PyTorch1.2.0） • 当該モデルを用いたX線画像分類サービスの実用化をするうえで、アクセラレータを使用し ないで推論処理（バッチ処理）の性能を向上させたい。 • 第2世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサー • インテル® OpenVINO™ ツールキット • モデルの量子化（FP32→INT8） • 並列プログラミング • 当初の推論性能から44倍の向上を実現
- 8. 8 理化学研究所 様 胸部疾患の自動診断 -詳細 744 sec 11,177 sec (Baseline) 1,116 sec 359 sec 251 sec on 他社アクセラレータ on Xeon 6252 x2 約2.2万枚のテスト画像 をバッチ処理で推論 → After OptimizationBefore Optimization← x10.0 x3.1 x1.4 上記対応内容は下記Githubを参照 https://github.com/taneishi/CheXNet （計算科学研究機構 種石 様のレポジトリ） x 44.5 against Baseline • モデルをONNXに変換 • OpenVINOのモデルオプ ティマイザーで ONNX→IRへ変換 • OpenVINOの推論エンジ ン上で同期実行 • OpenVINOの量子化ツー ルにてIR内一部のレイ ヤーの数値表現をINT8へ 変換（ツールのカスタマ イズ含む） • OpenVINOの推論エンジ ン上で同期実行（VNNI 利用） • OpenVINOの推論エンジ ン上で非同期実行（8並 列で推論処理を実行） 最適化 量子化 並列化
- 9. 9 ②中国銀聯 様 カード不正利用検知システム 課題 手段 結果 • モデル：GRU（Tensorflow1.2.0） • よりRecall、および、Precisionともにより高い精度が必要 • 1日あたり最大数百億トランザクションからリアルタイムに検出したい • 第2世代 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサー • インテル® Optimized Tensorflow • Scikit-learn • GBDT、GRU、ランダムフォレスト • それまでの手法に比べてF1を1.3倍以上向上
- 10. 10 中国銀聯 様 カード不正利用検知システム -詳細 https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1711/1711.01434.pdf LSTM/GRU”だけ”を使った場合の課題 トランザクションのシーケンシャルな事 象に対して認識精度は優れていたが、 個々のトランザクションの内容まで加味 しての認識精度が期待以下。 GBDT、GRUそれぞれ による特徴量抽出 RandomForest
- 11. 11 中国銀聯 様 カード不正利用検知システム -詳細 続き https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/case-studies/fraud-detections-models-case-study.pdf それまでの方法に比較してF1値が向上 実際のデータフロー
- 12. 12 ③大手電池メーカー様 AIによる不良品検知 2. アプローチ 3. 価値 5.テクノロジー 7. モデル 4. 人材 8. 導入 1. 課題 6. データ • システムアーキテクチャ設計 • トポロジー選定 • PyTorch, OpenVINO, Analytics Zoo チームから技術支援 • ファインチューニング • 精度向上 • データラベリング • ビジネスから技術まで 横断的に人員動員 • Resnet50、YOLO v3、Mask R-CNN • OpenVINO、Core/Xeonプロセッサー インテルによる支援内容 人手による不良品検出作業の高精度化および コスト削減 AI／データサイエンス人材の不足
- 13. 13 大手電池メーカー様 不良品検出における要件 不良品の種別 サンプル画像 インテルからの提案 1 絶縁フィルム同士の隙間の ずれやサイズが正しくない 画像セグメンテーション(MASK-RCNN) を採用。 ずれを検出し、ピクセル単位でサイズを計測 2 絶縁フィルム自体の異常 (破 れ, 欠け, 折れ, 等) 多クラス分類問題として扱い、Resnet50による 異常を検出 3 陰極と陽極のヘッドのずれ 物体検出 (tiny Yolo_v3)を採用し、陰極と陽極を 検出後に、Bounding Boxからずれをチェック 製造ラインから送られる画像データの仕様 • 画像Resolution: 1920*1200 • データスピード: 7614 images/sec （1工場あたり） 検出精度要件: • 1DPPM（エラー率：1/100万）
- 14. 14 Accuracy向上のためにDL+MLアンサンブル ▪ Resnet50による特徴量抽出＋SVMによる分類 最終性能 大手電池メーカー様 モデルの精度およびパフォーマンスの向上 CNN Layers FCLayers Resnet50 97.85% precision 94.00% recall CNN Layers Resnet50+ SVM Classifier 99.12% precision 99.16% recall ML Classifier Finetune Baseline Final Result Precision 97.85% 99.12% recall 94% 99.16% 97.85% 99.12% 94% 99.16% Precision & Recall Rate Precision recall Customer Request Final Result FPS 423 570 423 570 Per Line FPS FPS 線形 (FPS)
- 15. AIプラットフォームアーキテクチャ --Edge-to-Cloud IAベース・スケーラブル・AI・ソリューション-- エンドポイントデバイス - レイテンシ最適化 •Core i5/i7 IPC • OpenCV 前処理 • ストリーミング エッジ AI サーバー – レイテンシ最適化 • Xeon ベースの分散推論処理 • 分類/物体検出/セグメンテーション センター AI クラウド – スループット＆スケール最適化 • Analytic Zoo によるXeon ベースの分散トレーニング と推論 • スケールアウト型オブジェクトストレージ • モデル/アルゴリズムの管理/デプロイ エッジ AI クラウド at 各工場 製造ライン上のカメラ ストリーミン グ & 前処理 (OpenCV) エッジ推論 (simple models) エッジ推論 (明らかな不良品をフィルターし、レイテンシを向上しネットワークのバンド幅への負荷を減少) AZ 分散推論 w/ OpenVINO 画像 画像 画像 不良品確率 品質制御 システム 不良品確率 ローカル バッファ モデルマネージャ モデルと重み Model Warehouse 中央ストレージ (scale- out) ストリーミン グ & 前処理 AZ Distributed Inference w/ OpenVINO (advanced models) Cluster model Training+AutoML Model & weight matrixes 画像＆推論結果画像 不良品確率 画像 推論結果 画像 Model&weights Inferenceresults モデルと 重みをデプロイ センターAIクラウド QC アクション
- 16. 16 製造 メディア 流通 スマート ホームテレコム 交通 あらゆる業界へのAI導入を体現 農業 エネルギー 教育 公共 金融 医療 理化学研究所 様 大手電池 メーカー様 中国銀聯 様 推論性能改善モデル精度改善 トータル ソリューション提供
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- 18. 18 インテル社内でのAI活用事例 https://webinar.intel.com/Intel_AI _Park_online Intel AI Park その他、パナソニック株式会社様、SlackJapan株式会社様に よるウェビナー講演もお送りします
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- 20. 20 新たなデマンドと新たなテクノロジー Security Data AlgorithmPPML (Privacy Preserving MachineLearning) Graph SLIDE (Sub-LInear Deep learning Engine) - ★ - ★ - - - - - - - ★ - ★ - - - - - ★ - ★ - ★ - - - - - - - - - ★ - - - ★ - - - - - - ★ ★ ★ - - A = From vertex (rows) Graphs as Linear Algebra 1 5 3 2 0 46 プライバシー情報保護に重 きを置いた機械学習技術 グラフデータに対する分析 または機械学習を用いての パターン検出など ライス大学との共同研究。 ディープラーニング学習ア ルゴリズムを抜本的に見直 すことでCPUにてGPUを上回 る学習性能を実現https://medium.com/intel -analytics-software
- 21. 21 PPMLの応用例：Federated Learning ~ペンシルベニア大学様との共同研究~ U-Netの学習にFederated Learningを適用。データ保護にインテル®SGX活用。 https://www.intel.ai/federated-learning-for-medical-imaging/ Horizontal Federated Learning Vertical Federated Learning Federated Transfer Learning ノード間でのデータ共有無しに モデルの学習を実施 通常の分散学習と同程度 のモデル精度を獲得
- 22. 22 インテル® SGX（Software GuardExtensions）について データを保護 (暗号化)した状態でメモリ内での計算を実現するCPUの技術です。 https://www.intel.co.jp/content/www/jp/ja/architecture-and-technology/software-guard-extensions.html • ハードウェア攻撃 • プロセス内攻撃 • OSによる攻撃 • SGXサポートのインテルCPU • https://www.intel.co.jp/content/ww w/jp/ja/support/articles/000028173/ processors.html • Azure Confidential Computing • http://aka.ms/AzureCC • SDK • SGX SDK: https://github.com/intel/linux-sgx- driver • Graphene: https://github.com/oscarlab/graphen e 保存中 転送中 使用中 暗号化 により 保護 （既存技術） メモリ 内で使 用中も 暗号化 何を実現する技術か？ どんな脅威が防げるか？ どのように使うのか？ Graphene-SGXの論文より
- 23. 23 背景 課題と解決アプローチ SLIDE （Sub-LInearDeep learning Engine） ~技術の登場背景~ Forward Pass Backward Pass × 大量の行列計算 GPUが 有利 Adaptive Sparsity 既存の学習手法 Adaptive Sparsityを意識 せずフル行列計算によ り膨大なパラメータを 更新 新たな学習手法 Adaptive Samplingという 技術で適切なニューロ ンだけを特定（探索）し てパラメータを更新 論文はこちら：https://www.cs.rice.edu/~as143/Papers/SLIDE_MLSys.pdf
- 24. 24 LSHハッシュテーブルを用いて、 各層毎に入力データおよびアク ティベーションと関連する ニューロンを特定し、それらの パラメータのみを更新 各層毎に大きなハッシュテーブ ルを持つため大量メモリを消費。 起こる問題の一つとして 「キャッシュスラッシング」が 上げられるが、インテルのサ ポートにより解決 Amazon-670Kのデータにて、CPU （Xeon）がGPU（Volta）よりも 3.5倍高速な学習時間を達成 SLIDE（Sub-LInear Deep learningEngine） ~技術概要と効果~ コードはこちら：https://github.com/keroro824/HashingDeepLearning 処理概要 技術的改善点 効果 メインメモリアクセ ス時にキャッシュの 追い出しが毎度発生 （スラッシング）
- 25. 25 © 2020 IntelCorporation AIを実学へ 2. アプローチ 3. 価値 5. テクノロジー 7. モデル 4. 人材 8. 導入 1. 課題 6. データ インテルとの 連携により AI の取り組みが加速
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