深度学习模型使用GPU/cuda推理刚开始会很慢,CUDA/GPU预热加速

文章讨论了在使用深度学习模型基于GPU进行推理时,遇到的第一个批次速度特别慢的问题,原因在于GPU/CUDA需要预热。作者建议通过在正式推理前运行模型多次进行预热,给出的Python示例展示了如何使用循环进行预热。
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在之前实现了torch转tensorRT加速后,发现推理速度确实大幅加快了,加速效果见
【torch-onnx-tensorRT加速】torch转tensorRT后加速效果
以及使用onnx实现tensorRT速度的方式:
torch转onnx模型加速,onnx模型推理直接达到tensorRT速度,省去onnx转tensorRT的流程

问题

但是,发现在使用深度学习模型基于GPU进行推理过程时,前几个批次格外的慢,正常跑起来后每次循环只要50ms,但第一个批次的时间要好几秒,后续速度逐渐加快,平稳后达到50ms每批次。

所以严重影响了整体的平均速度,通过搜索发现应该是由于GPU或CUDA需要预热,比如一些显存的开辟、数据交换等,解决方法就是在开始正式推理前,先让推理模型运行几次,以python为例

import torch 
input = torch.randn((batch, x, y, z), device='cuda')
for _ in range(n_warm):
	out = inference_model(input)

使用循环进行模型预热后的验证效果

待更新

参考:
https://blog.youkuaiyun.com/z240626191s/article/details/126291864
https://blog.youkuaiyun.com/qq_40231159/article/details/120901785

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<think>嗯,用户问为什么用C++调用YOLOv8的ONNX模型时,GPU反而比CPU。这个问题看起来有点反直觉,毕竟GPU通常处理深度学习模型更快。我需要仔细分析可能的原因。 首先,我应该考虑数据传输的问题。GPU处理数据之前,需要将数据从CPU内存复制到GPU显存,这个过程可能会有延迟。如果模型本身比较小,或者输入数据量不大,数据传输的时间可能超过了GPU计算节省的时间。例如,YOLOv8有不同的模型尺寸,像nano或small版本,参数量少,可能在CPU上处理更快,而GPU的优势在更大模型上才明显。 接下来,可能和CUDA和cuDNN的配置有关。用户是否正确安装了GPU驱动、CUDA工具包和cuDNN库?版本是否兼容?比如,ONNX Runtime的GPU版本需要特定版本的CUDA和cuDNN支持,如果版本不匹配,可能无法充分利用GPU资源,甚至回退到CPU。 然后,ONNX Runtime的推理配置是否正确?用户在使用C++调用时,是否明确指定了使用CUDA执行提供器(Execution Provider)?例如,需要调用Ort::SessionOptions并追加CUDA提供器。如果配置错误,可能实际上还是在用CPU运行。 线程和批量处理的问题也可能存在。GPU通常适合并行处理大批量数据,如果每次推理的批量大小很小(比如1),GPU的并行优势无法发挥,反而因为启动内核的开销导致延迟增加。需要检查代码中设置的批量大小,适当增大可能提升GPU利用率。 另外,GPU预热时间也是一个因素。最初的几次推理可能因为初始化驱动、加载内核等操作而较,连续运行多次后速度才会稳定。用户是否在测试时只跑了一两次,没有考虑到预热的影响? 还有显存带宽和计算资源的限制。如果GPU本身性能较低,比如集成显卡或老旧的独立显卡,其计算能力可能还不如现代的多核CPU。用户使用GPU型号是什么?比如,使用低端的GTX 1050和高端i7处理器相比,可能在处理小模型时CPU更有优势。 内存/显存不足也可能导致问题。如果GPU显存不足,可能会触发内存交换,反而降低速度。需要检查任务管理器或nvidia-smi,看显存使用是否接近上限。 另外,模型是否针对GPU进行了优化?ONNX模型可能有针对不同硬件的优化选项,比如使用TensorRT优化后的模型GPU上表现更好。用户是否直接使用原生的ONNX模型而没有进行优化? 最后,软件版本和兼容性问题。ONNX Runtime的版本是否支持当前的CUDA版本?是否存在已知的bug?可能需要更新到最新版本或查找相关issue。 总结下来,可能的解决步骤包括:检查环境配置,确保正确使用GPU执行提供器;增加批量大小;预热GPU;优化模型;升级硬件驱动和库版本;监控显存使用情况。需要用户逐一排查这些因素,找到瓶颈所在。</think>在C++中调用YOLOv8的ONNX模型时出现GPU推理速度反而比CPU的现象,通常由以下几个关键原因导致。请按照以下步骤排查: --- ### 1. **数据传输瓶颈** - **现象**:模型输入/输出数据在CPU和GPU之间频繁拷贝 - **验证方法**: ```cpp // 检查是否重复执行以下操作: Ort::Value input_tensor = Ort::Value::CreateTensor<float>( memory_info, input_data.data(), input_data.size(), input_shape.data(), input_shape.size() ); // 注意这里是否使用CPU内存 ``` - **解决方案**: - 使用`Ort::MemoryInfo::CreateCpu()`明确指定内存位置 - 尽量复用内存缓冲区,避免每次推理都重新分配 --- ### 2. **GPU执行未正确启用** - **关键代码检查**: ```cpp Ort::SessionOptions session_options; OrtCUDAProviderOptions cuda_options; session_options.AppendExecutionProvider_CUDA(cuda_options); // 必须显式添加 ``` - **验证步骤**: - 使用NVIDIA的`nvidia-smi`命令观察GPU利用率 - 在代码中添加`std::cout << Ort::GetAvailableProviders();`确认CUDA提供器已加载 --- ### 3. **Batch Size设置不当** - **典型问题**:使用batch_size=1时GPU无法发挥并行优势 - **优化建议**: ```cpp // 修改输入维度为batch形式 std::array<int64_t, 4> input_shape_{1, 3, 640, 640}; // 将第一个维度设为可变的-1 ``` - 尝试批量处理(如batch_size=8/16)观察速度变化 --- ### 4. **GPU预热不足** - **现象**:前几次推理包含初始化开销 - **解决方法**: ```cpp // 在正式推理前执行10次空跑 for(int i=0; i<10; ++i){ session.Run(run_options, input_names, &input_tensor, 1, output_names, &output_tensor, 1); } ``` --- ### 5. **显存带宽限制** - **检测命令**: ```bash watch -n 0.1 nvidia-smi ``` - **优化方向**: - 使用FP16精度模型(YOLOv8导出时添加`half=True`) - 减小输入分辨率(如从640→320) --- ### 6. **软件版本兼容性问题** - **必须匹配的版本**: | 组件 | 推荐版本 | |---|---| | CUDA | 11.8+ | | cuDNN | 8.9.4+ | | ONNX Runtime | 1.15+ | - **验证方法**: ```cpp std::cout << OrtGetApiBase()->GetVersionString(); ``` --- ### 性能优化对照表 | 优化措施 | 预期提升 | 实现难度 | |---|---|---| | 启用TensorRT加速 | 2-5倍 | ★★★★ | | 使用异步推理 | 30-50% | ★★★ | | FP16量化 | 1.5-2倍 | ★★ | | 内存复用 | 10-20% | ★★ | 建议优先检查CUDA提供器是否正确加载,然后逐步尝试批量处理和模型量化。若使用NVIDIA显卡,最终可考虑将ONNX转换为TensorRT引擎以获得最大加速比。
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