Transformers have attained superior performance in natural language processing and computer vision. Their self-attention and feedforward layers are overparameterized, limiting inference speed and energy efficiency. Tensor decomposition is a promising technique to reduce parameter redundancy by leveraging tensor algebraic properties to express the parameters in a factorized form. Prior efforts used manual or heuristic factorization settings without hardware-aware customization, resulting in poor hardware efficiencies and large performance degradation. In this work, we propose a hardware-aware tensor decomposition framework, dubbed HEAT, that enables efficient exploration of the exponential space of possible decompositions and automates the choice of tensorization shape and decomposition rank with hardware-aware co-optimization. We jointly investigate tensor contraction path optimizations and a fused Einsum mapping strategy to bridge the gap between theoretical benefits and real hardware efficiency improvement. Our two-stage knowledge distillation flow resolves the trainability bottleneck and thus significantly boosts the final accuracy of factorized Transformers. Overall, we experimentally show that our hardware-aware factorized BERT variants reduce the energy-delay product by 5.7x with less than 1.1% accuracy loss and achieve a better efficiency-accuracy Pareto frontier than hand-tuned and heuristic baselines.

已经对机器学习技术进行了广泛的研究，以实现掩盖优化问题，旨在提高掩模的可打印性，更短的周转时间，更好的遮罩制造性等。但是，这些研究中的大多数都集中在小型设计区域的初始解决方案生成上。为了进一步实现机器学习技术在面罩优化任务上的潜力，我们提出了一个卷积傅立叶神经操作员（CFNO），该神经操作员（CFNO）可以有效地学习布局瓷砖依赖性，从而有望使用有限的遗产工具干预，并有望使用无针迹的大规模掩蔽优化。我们在解决非凸优化问题时通过训练有素的机器学习模型发现了岩石引导的自我训练（LGST）的可能性，从而允许迭代模型和数据集更新并带来显着的模型性能改进。实验结果表明，我们基于机器学习的框架首次优于最先进的学术数值掩码优化器，并具有速度级的速度。

数据剪辑对于降低量化操作中的噪声和提高量化感知训练（QAT）的准确性至关重要。当前的实践依靠启发式方法来设置剪接阈值标量，不能证明是最佳的。我们提出了最佳的剪切张量和向量（octav），这是一种递归算法，以确定MSE最佳的剪切标量。 OCTAV源自Fast Newton-Raphson方法，在QAT例程的每一个迭代中，都可以随时发现最佳的剪切标量。因此，QAT算法在每个步骤中都具有可证明的最小量化噪声配制。此外，我们揭示了QAT中常见梯度估计技术的局限性，并提出了幅度感知的分化，以进一步提高准确性。在实验上，启用了八度的QAT在多个任务上实现了最先进的精度。其中包括在ImageNet上进行训练，并在ImageNet上进行重新注册和Mobilenets，以及使用BERT模型进行微调，其中启用八叶速度的QAT始终以低精度（4到6位）保持准确性。我们的结果不需要对基线训练配方进行任何修改，除了在适当的情况下插入量化操作。

代表低精度的深度神经网络（DNN）是一种有希望的方法来实现有效的加速和记忆力。以前的方法在低精度中培训DNN的方法通常在重量更新期间在高精度中保持重量的重量副本。由于低精度数字系统与学习算法之间的复杂相互作用，直接具有低精度重量的培训导致精度下降。为了解决这个问题，我们开发了一个共同设计的低精度训练框架，被称为LNS-MADAM，我们共同设计了对数号系统（LNS）和乘法权重算法（MADAM）。我们证明了LNS-MADAM在重量更新期间导致低量化误差，即使精度有限，也导致稳定的收敛。我们进一步提出了LNS-MADAM的硬件设计，可以解决实现LNS计算的有效数据路径的实际挑战。我们的实现有效地降低了LNS - 整数转换和部分总和累积所产生的能量开销。实验结果表明，LNS-MADAM为全精密对应物达到了可比的准确性，只有8位对流行的计算机视觉和自然语言任务。与全精密浮点实施相比，LNS-MADAM将能耗降低超过90。