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デバイス・エッジ協調推論を高速化する2段階プルーニング

(Improving Device-Edge Cooperative Inference of Deep Learning via 2-Step Pruning)

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田中専務

拓海先生、最近、現場の若手から「端末でAIを一部動かしてエッジと協調させれば速くなる」と言われまして、具体的に何が変わるのかピンと来ないのです。要するに何が良くなるのですか?

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大きく言えば、端末(モバイル機器)と近くのサーバー(エッジ)で処理を分けると処理時間と通信量のバランスを取れるんですよ。今回の研究は、その分け方とモデルの軽量化を組合せて、端末側の負担を下げつつ通信遅延を抑える方法を提案しているんです。

田中専務

分け方というのは、どの層で処理を割るかということですよね。で、模型(モデル)を小さくするというのは「プルーニング(pruning)」のことですか?私はExcelのマクロも触れないレベルでして、専門用語は少しずつお願いします。

AIメンター拓海

その通りです。プルーニングは不要な部品を取り除く作業で、ここでは畳み込みフィルター(convolutional filters)を削ることでモデルを軽くしています。例えると、工場のラインに付いているけれどほとんど使っていない治具を外して、動かす機械の数を減らすようなものですよ。

田中専務

なるほど。で、今回は「2段階(2-step)プルーニング」というのが肝だと聞きましたが、それは何が2段階なんでしょうか。投資対効果の観点で教えてください。

AIメンター拓海

大丈夫、一緒に整理しましょう。要点を3つにしますね。1つ目、端末の計算を減らすために計算量を削るプルーニング、2つ目、端末とエッジ間で送るデータ量を減らすために層の出力(チャネル)を減らすプルーニング、3つ目、それらを組合せて最終的に最適な割り方(パーティション)を自動で選ぶ点です。これにより総遅延が小さくなり、限られた通信帯域でも実用的な速度が得られるんです。

田中専務

これって要するに、現場の端末側でやる仕事を減らして通信も減らすことで、全体として速くなると同時に現場機器への投資を抑えられるということですか?

AIメンター拓海

その通りですよ。素晴らしい着眼点ですね!これで投資対効果を判断しやすくなります。加えて、一度の学習フェーズで複数の圧縮モデルを作り、その中から通信条件や端末の計算力に合わせて最適モデルと割り方を選べるので運用の柔軟性が高いんです。

田中専務

運用で変えられるのは良いですね。現場は通信状況が刻々と変わりますから。最後に、導入の際に気を付けるポイントを端的に教えてください。私は短いまとめが欲しいです。

AIメンター拓海

大丈夫、要点を3つで。「端末の計算力とエッジの応答速度を計測すること」「通信帯域ごとに候補モデルを準備すること」「現場での精度・遅延の定期評価を行うこと」です。これらを守れば実現可能です。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

分かりました、先生。では私の理解を一度整理します。端末側で計算を減らすプルーニングと通信量を減らすプルーニングを段階的に作っておいて、通信状況や端末の性能に合わせて最適なモデルと分割点を選べるようにする。これで現場の速度を改善しつつ過剰投資を避ける、という認識でよろしいですか。ありがとうございました。

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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