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TensorFlow.js를 사용하여 크기에 최적화된 브라우저 번들 생성

개요

TensorFlow.js 3.0은 크기에 최적화된 프로덕션 지향 브라우저 번들 구축을 지원합니다. 달리 말하면 우리는 브라우저에 더 적은 양의 JavaScript를 더 쉽게 제공할 수 있도록 하고 싶습니다.

이 기능은 페이로드에서 바이트를 줄여서 특히 이익을 얻을 수 있는(그리고 이를 달성하기 위해 기꺼이 노력할 의향이 있는) 프로덕션 사용 사례를 가진 사용자를 대상으로 합니다. 이 기능을 사용하려면 ES 모듈 , webpack 또는 롤업 과 같은 JavaScript 번들링 도구, 트리 쉐이킹/데드 코드 제거 와 같은 개념에 익숙해야 합니다.

이 튜토리얼에서는 tensorflow.js를 사용하는 프로그램에 대해 크기 최적화된 빌드를 생성하기 위해 번들러와 함께 사용할 수 있는 사용자 정의 tensorflow.js 모듈을 만드는 방법을 보여줍니다.

술어

이 문서의 맥락에서 우리가 사용할 몇 가지 주요 용어가 있습니다.

ES 모듈 - 표준 JavaScript 모듈 시스템입니다 . ES6/ES2015에서 도입되었습니다. 가져오기 및 내보내기 명세서를 사용하여 식별할 수 있습니다.

번들링 - JavaScript 자산 세트를 가져와 브라우저에서 사용할 수 있는 하나 이상의 JavaScript 자산으로 그룹화/번들링합니다. 이는 일반적으로 브라우저에 제공되는 최종 자산을 생성하는 단계입니다. 응용프로그램은 일반적으로 변환된 라이브러리 소스에서 직접 자체 번들링을 수행합니다 . 일반적인 번들러 에는 Rollup 및 Webpack이 포함됩니다. 번들링의 최종 결과는 번들 (또는 여러 부분으로 분할된 경우 청크 )로 알려져 있습니다.

Tree-Shaking / Dead Code Elimination - 최종 작성된 애플리케이션에서 사용되지 않는 코드를 제거합니다. 이는 일반적으로 축소 단계에서 번들링 중에 수행됩니다.

연산(Ops) - 하나 이상의 텐서를 출력으로 생성하는 하나 이상의 텐서에 대한 수학적 연산입니다. Ops는 '상위 수준' 코드이며 다른 Ops를 사용하여 해당 논리를 정의할 수 있습니다.

커널 - 특정 하드웨어 기능에 연결된 특정 작업 구현입니다. 커널은 '낮은 수준'이며 백엔드에 따라 다릅니다. 일부 작업은 작업에서 커널로 일대일 매핑을 수행하는 반면 다른 작업은 여러 커널을 사용합니다.

범위 및 사용 사례

추론 전용 그래프 모델

이와 관련하여 사용자로부터 듣고 이번 릴리스에서 지원하는 주요 사용 사례는 TensorFlow.js 그래프 모델을 사용하여 추론을 수행하는 것입니다. TensorFlow.js 레이어 모델을 사용하는 경우 tfjs-converter를 사용하여 이를 그래프 모델 형식으로 변환할 수 있습니다. 그래프 모델 형식은 추론 사용 사례에 더 효율적입니다.

tfjs-core를 사용한 낮은 수준의 Tensor 조작

우리가 지원하는 다른 사용 사례는 낮은 수준의 텐서 조작을 위해 @tensorflow/tjfs-core 패키지를 직접 사용하는 프로그램입니다.

맞춤형 빌드에 대한 우리의 접근 방식

이 기능을 설계할 때 우리의 핵심 원칙은 다음과 같습니다.

JavaScript 모듈 시스템(ESM)을 최대한 활용하고 TensorFlow.js 사용자도 동일한 작업을 수행할 수 있도록 허용하세요.
기존 번들러(예: webpack, 롤업 등)를 통해 TensorFlow.js를 가능한 한 트리 셰이크 가능하게 만듭니다. 이를 통해 사용자는 코드 분할과 같은 기능을 포함하여 번들러의 모든 기능을 활용할 수 있습니다.
번들 크기에 민감하지 않은 사용자를 위해 가능한 한 사용 편의성을 유지하십시오. 이는 라이브러리의 많은 기본값이 크기 최적화 빌드에 비해 사용 편의성을 지원하므로 프로덕션 빌드에 더 많은 노력이 필요하다는 것을 의미합니다.

우리 워크플로우의 주요 목표는 우리가 최적화하려는 프로그램에 필요한 기능만 포함하는 TensorFlow.js용 사용자 정의 JavaScript 모듈을 생성하는 것입니다. 우리는 실제 최적화를 수행하기 위해 기존 번들러에 의존합니다.

우리는 주로 JavaScript 모듈 시스템에 의존하지만, 사용자가 접하는 코드에서 모듈 시스템을 통해 지정하기가 쉽지 않은 부분을 처리하기 위해 사용자 정의 CLI 도구 도 제공합니다. 이에 대한 두 가지 예는 다음과 같습니다.

model.json 파일에 저장된 모델 사양
우리가 사용하는 백엔드별 커널 디스패칭 시스템에 대한 옵션입니다.

이로 인해 번들러를 일반 @tensorflow/tfjs 패키지로 지정하는 것보다 사용자 정의 tfjs 빌드를 생성하는 것이 좀 더 복잡해집니다.

크기에 최적화된 맞춤형 번들을 생성하는 방법

1단계: 프로그램에서 어떤 커널을 사용하고 있는지 확인

이 단계를 통해 실행하는 모델이나 선택한 백엔드에 따른 사전/사후 처리 코드에서 사용되는 모든 커널을 확인할 수 있습니다.

tf.profile을 사용하여 tensorflow.js를 사용하는 애플리케이션 부분을 실행하고 커널을 가져옵니다. 다음과 같이 보일 것입니다

const profileInfo = await tf.profile(() => {
  // You must profile all uses of tf symbols.
  runAllMyTfjsCode();
});

const kernelNames = profileInfo.kernelNames
console.log(kernelNames);

다음 단계를 위해 커널 목록을 클립보드에 복사하세요.

사용자 지정 번들에 사용하려는 것과 동일한 백엔드를 사용하여 코드를 프로파일링해야 합니다.

모델이 변경되거나 사전/사후 처리 코드가 변경되면 이 단계를 반복해야 합니다.

2단계. 사용자 정의 tfjs 모듈에 대한 구성 파일 작성

다음은 구성 파일의 예입니다.

다음과 같습니다.

{
  "kernels": ["Reshape", "_FusedMatMul", "Identity"],
  "backends": [
      "cpu"
  ],
  "models": [
      "./model/model.json"
  ],
  "outputPath": "./custom_tfjs",
  "forwardModeOnly": true
}

kernels: 번들에 포함할 커널 목록입니다. 1단계의 출력에서 이를 복사합니다.
백엔드: 포함하려는 백엔드 목록입니다. 유효한 옵션에는 "cpu", "webgl" 및 "wasm"이 있습니다.
모델: 애플리케이션에 로드하는 모델에 대한 model.json 파일 목록입니다. 프로그램이 tfjs_converter를 사용하여 그래프 모델을 로드하지 않는 경우 비어 있을 수 있습니다.
outputPath: 생성된 모듈을 넣을 폴더의 경로입니다.
ForwardModeOnly: 이전에 나열된 커널에 대한 그라데이션을 포함하려면 이를 false로 설정합니다.

3단계. 사용자 정의 tfjs 모듈 생성

구성 파일을 인수로 사용하여 사용자 정의 빌드 도구를 실행하십시오. 이 도구에 액세스하려면 @tensorflow/tfjs 패키지가 설치되어 있어야 합니다.

npx tfjs-custom-module  --config custom_tfjs_config.json

그러면 몇 가지 새 파일이 포함된 폴더가 outputPath 에 생성됩니다.

4단계. tfjs의 별칭을 새 사용자 정의 모듈로 지정하도록 번들러를 구성합니다.

webpack 및 롤업과 같은 번들러에서는 새로 생성된 사용자 정의 tfjs 모듈을 가리키도록 tfjs 모듈에 대한 기존 참조의 별칭을 지정할 수 있습니다. 번들 크기를 최대한 절약하려면 별칭을 지정해야 하는 세 가지 모듈이 있습니다.

다음은 webpack의 모습에 대한 스니펫입니다( 전체 예는 여기에 있음 ).

...

config.resolve = {
  alias: {
    '@tensorflow/tfjs$':
        path.resolve(__dirname, './custom_tfjs/custom_tfjs.js'),
    '@tensorflow/tfjs-core$': path.resolve(
        __dirname, './custom_tfjs/custom_tfjs_core.js'),
    '@tensorflow/tfjs-core/dist/ops/ops_for_converter': path.resolve(
        __dirname, './custom_tfjs/custom_ops_for_converter.js'),
  }
}

...

다음은 롤업에 해당하는 코드 조각입니다( 전체 예는 여기에 있음 ).

import alias from '@rollup/plugin-alias';

...

alias({
  entries: [
    {
      find: /@tensorflow\/tfjs$/,
      replacement: path.resolve(__dirname, './custom_tfjs/custom_tfjs.js'),
    },
    {
      find: /@tensorflow\/tfjs-core$/,
      replacement: path.resolve(__dirname, './custom_tfjs/custom_tfjs_core.js'),
    },
    {
      find: '@tensorflow/tfjs-core/dist/ops/ops_for_converter',
      replacement: path.resolve(__dirname, './custom_tfjs/custom_ops_for_converter.js'),
    },
  ],
}));

...

번들러가 모듈 별칭 지정을 지원하지 않는 경우 import 문을 변경하여 3단계에서 생성된 생성된 custom_tfjs.js 에서 tensorflow.js를 가져와야 합니다. Op 정의는 트리 쉐이크 아웃되지 않지만 커널은 여전히 트리 상태입니다. -쉐이킹 식. 일반적으로 트리 쉐이킹 커널은 최종 번들 크기를 가장 크게 줄여줍니다.

@tensoflow/tfjs-core 패키지만 사용하는 경우 해당 패키지의 별칭만 지정하면 됩니다.

5단계. 번들 생성

번들러(예: webpack 또는 rollup )를 실행하여 번들을 생성하세요. 번들의 크기는 모듈 앨리어싱 없이 번들러를 실행하는 경우보다 작아야 합니다. 또한 이와 같은 시각화 도구를 사용하여 무엇이 최종 번들로 만들어졌는지 확인할 수 있습니다.

6단계. 앱 테스트

앱이 예상대로 작동하는지 테스트하세요!