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使用 PAI-Blade 优化 Stable Diffusion 推理流程

2023-05-23 14:00 https://my.oschina.net/u/5583868/blog/8881248 阿里云大数据AI技术 次阅读 条评论

背景

AIGC是人工智能计算领域里发展迅速的重要业务。Stable Diffusion 是其中最热门的开源模型,受到广泛关注。然而,随着应用场景不断扩大,Stable Diffusion所面临的推理时延和计算成本问题也越来越突出。

简介

PAI-Blade是 PAI 推出的通用推理优化工具,可以通过模型系统联合优化,使模型达到最优推理性能。PAI-Blade依托于完全动态尺寸的AI编译器BladeDISC基于深度学习自动调度的高性能计算库BlaDNN, 为包括图像生成模型Stable Diffsuion, 大语言模型LLM, 大规模稀疏推荐模型CTR, 语音识别模型ASR等等在内的众多模型提供自动的高性能推理优化。

BladeDISC 是一款支持完全动态尺寸的AI编译器,前端支持Pytorch和Tensorflow模型。对于Pytorch模型能够支持 TorchScript 和 TorchDynamo 两种输入模式,后端通过 AStitch 大尺度算子融合技术和高效的 codegen 逻辑提升模型访存密集算子的执行效率。BladeDISC现已在github开源,项目地址:https://github.com/alibaba/BladeDISC

BlaDNN 是基于深度学习自动调度的高性能计算库。BlaDNN 作为Ansor的升级版,不仅生成的kernel性能超过Ansor,而且可以完全依赖DNN自动调度而不使用Tuning调优,使得Dynamic Shape业务场景的在线自动调度成为可能,基于DNN自动调度生成的GPU计算密集算子的平均性能达到极致tuning性能的99.39%,通过模型系统联合优化DNN推理延时低至2us, 并且只使用一个CPU Core,从而不会对GPU模型本身的性能造成任何抖动。

通过采用 PAI-Blade 加速推理优化技术,对访存密集型算子进行大尺度融合及优化代码生成,对计算密集型算子进行自动调度,可以大幅度降低Stable Diffusion的推理延迟和显存占用,从而减少计算成本。使用 PAI-Blade 优化Stable Diffusion 具有以下三点优势:

  1. 高性能,使用Blade可以降低 Text2Img、Img2Img 等推理流程的端到端延迟 2.42-3.05 倍,同时可降低省显存占用至多 5.27 倍,超过TensorRT-8.5等业内SOTA优化手段。
  2. 完全动态shape支持,一次优化后,可以支持任意形状、batch size的输入。
  3. 易用性、可扩展性:仅需数行代码即可在多类pipeline中启用 Blade优化,同时能支持LoRA等推理方案的优化。

使用示例

本文接下来以社区流行的 "runwayml/stable-diffusion-v1-5" 的 Text2Img pipeline 为例,详细介绍 PAI-Blade 在各类使用场景下的使用方法。

环境安装

下述示例完整的运行脚本及相关环境已集成到 registry.cn-beijing.aliyuncs.com/blade_demo/blade_diffusion docker 中。在该docker中,直接通过 python /blade/blade_diffusion.py 即可运行推理示例。

官方模型优化

使用 PAI-Blade 优化 Stable Diffusion 模型可以分为以下几个步骤。

首先,加载预训练的模型。

from diffusers import StableDiffusionPipeline

device = torch.device("cuda:0")
pipe = StableDiffusionPipeline.from_pretrained("runwayml/stable-diffusion-v1-5", revision="fp16", torch_dtype=torch.float16).to(device)

第二步,使用 PAI-Blade 进行优化。注意,由于 PAI-Blade 是完全动态shape的优化工具,优化完成后可使用任意shape进行推理。

import torch_blade

opt_cfg = torch_blade.Config()
opt_cfg.enable_fp16 = True
with opt_cfg, torch.no_grad():
    encoder = blade_optimize(pipe.text_encoder, model_inputs=encoder_inputs, allow_tracing=True)
    unet = blade_optimize(pipe.unet, model_inputs=unet_inputs, allow_tracing=True)
    decoder = blade_optimize(pipe.vae.decoder, model_inputs=decoder_inputs, allow_tracing=True)

最后,使用优化好的模型替换原始模型,后续即可以原始 pipeline 同样的方式进行推理。

@dataclass
class UNet2DConditionOutput:
    sample: torch.FloatTensor

class TracedUNet(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.config = pipe.unet.config
        self.in_channels = pipe.unet.in_channels
        self.device = pipe.unet.device

    def forward(self, latent_model_input, t, encoder_hidden_states, **kwargs):
        sample = unet(latent_model_input.half(), t.half(), encoder_hidden_states.half())["sample"]
        return UNet2DConditionOutput(sample=sample)

class TracedEncoder(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.config = pipe.text_encoder.config
        self.device = pipe.text_encoder.device
        self.dtype = torch.half

    def forward(self, input_ids, **kwargs):
        embeddings = encoder(input_ids.long())
        return [embeddings["last_hidden_state"]]

class TracedDecoder(torch.nn.Module):
    def forward(self, input):
        return decoder(input.half())

pipe.text_encoder = TracedEncoder()
pipe.unet = TracedUNet()
pipe.vae.decoder = TracedDecoder()

A100 性能对比

image sizesamplestepsTime of Pytorch(s)Time of PAI-Blade(s)speedupPytorch memory usage (GB)PAI-Blade memory usage (GB)
1024x10245013.264.343.06X32.916.25
768x768505.652.002.83X14.995.91
512x512502.240.842.67X6.605.42

A10 性能对比

image sizesamplestepsTime of Pytorch(s)Time of PAI-Blade(s)speedupPytorch memory usage (GB)PAI-Blade memory usage (GB)
1024x102450OOM13.86-OOM6.89
768x7685013.135.612.34X12.606.22
512x512504.532.112.15X6.285.47

推理结果验证

使用PAI-Blade优化后,生成的图像与Pytorch原始输出对比,观察优化结果是否正确。左图为Pytorch eager模式输出,右图为PAI-Blade优化后的模型输出。

image.png

已验证的pipeline类型

  1. StableDiffusionPipeline
  2. StableDiffusionImg2ImgPipeline
  3. StableDiffusionInpaintPipeline
  4. AltDiffusionPipeline

LoRA优化

LoRA 是指在原始模型基础上,添加额外的低秩矩阵来微调预训练的模型,并且只训练那些新添加的权重,从而大幅降低微调成本。可以通过 diffusers官方训练代码 微调得到 LoRA 权重。diffusers 加载使用 LoRA 后,模型运行方式与原始模型略有不同,带来额外计算开销。

PAI-Blade 目前已适配 huggingface/diffusers 中 LoRA 优化方式。同样的,Blade 针对同一pipeline,只需优化一次,即可使用任意的 LoRA 权重进行推理。我们将在下一篇文章中介绍PAI-Blade 优化 LoRA 的使用方式,敬请期待。

展望

目前,Stable Diffusion相关技术仍在不断演化中,PAI-Blade 团队也时刻关注社区趋势,将优化适配到各种工具中去。目前团队主要集中在:

  1. 将相关优化集成到 stable-diffusion-webui 中;
  2. 优化 finetune 训练速度。
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