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Tensorflow Lite Core ML デリゲート

TensorFlow Lite Core ML デリゲートは、Core ML フレームワーク上で TensorFlow Lite モデルの実行を可能にし、その結果、iOS デバイス上におけるモデル推論の高速化を実現しました。

注意: このデリゲートは実験（ベータ）段階です。

注意: Core ML デリゲートは、Core ML のバージョン 2 以降をサポートしています。

サポートする iOS のバージョンとデバイス:

  • iOS 12 以降。古い iOS バージョンの場合、Core ML デリゲートは自動的に CPU にフォールバックします。
  • デフォルトでは、Core ML デリゲートは A12 SoC 以降のデバイス（iPhone Xs 以降）でのみ有効で、Neural Engine（ニューラルエンジン）を推論の高速化に使用します。古いデバイスで Core ML デリゲートを使用する場合は、ベストプラクティスをご覧ください。

サポートするモデル

現在、Core ML のデリゲートは浮動小数点数（FP32 と FP16）モデルをサポートしています。

独自のモデルで Core ML デリゲートを試す

TensorFlow Lite CocoaPods のナイトリーリリースには、既に Core ML デリゲートが含まれています。Core ML デリゲートを使用する場合は、TensorFlow Lite ポッド（C API用のTensorflowLiteCと Swift 用のTensorFlowLiteSwift）のバージョンをPodfileで0.0.1-nightlyに変更し、サブスペックCoreMLをインクルードします。

target 'YourProjectName'
  # pod 'TensorFlowLiteSwift'
  pod 'TensorFlowLiteSwift/CoreML', '~> 0.0.1-nightly'

または

target 'YourProjectName'
  # pod 'TensorFlowLiteSwift'
  pod 'TensorFlowLiteSwift', '~> 0.0.1-nightly', :subspecs => ['CoreML']

注意: Podfileの更新後、pod updateを実行して変更を反映させる必要があります。最新のCoreMLDelegate.swiftファイルが表示されない場合は、pod cache clean TensorFlowLiteSwiftを実行します。

Swift

Core ML デリゲートを使用して TensorFlow Lite インタープリタを初期化します。

let coreMLDelegate = CoreMLDelegate()
var interpreter: Interpreter

// Core ML delegate will only be created for devices with Neural Engine
if coreMLDelegate != nil {
  interpreter = try Interpreter(modelPath: modelPath,
                                delegates: [coreMLDelegate!])
} else {
  interpreter = try Interpreter(modelPath: modelPath)
}

Objective-C

Core ML のデリゲートは Objective-C コード用の C API を使用しています。

ステップ 1. coreml_delegate.hをインクルードする。

#include "tensorflow/lite/experimental/delegates/coreml/coreml_delegate.h"

ステップ 2. デリゲートを作成して TensorFlow Lite Interpreter を初期化する。

インタプリタのオプションを初期化してから、初期化された Core ML のデリゲートでTfLiteInterpreterOptionsAddDelegateを呼び出し、デリゲートを適用します。その後、作成したオプションでインタプリタを初期化します。

// Initialize interpreter with model
TfLiteModel* model = TfLiteModelCreateFromFile(model_path);

// Initialize interpreter with Core ML delegate
TfLiteInterpreterOptions* options = TfLiteInterpreterOptionsCreate();
TfLiteDelegate* delegate = TfLiteCoreMlDelegateCreate(NULL);  // default config
TfLiteInterpreterOptionsAddDelegate(options, delegate);
TfLiteInterpreterOptionsDelete(options);

TfLiteInterpreter* interpreter = TfLiteInterpreterCreate(model, options);

TfLiteInterpreterAllocateTensors(interpreter);

// Run inference ...

ステップ 3. 使用されなくなった時点でリソースを破棄する。

デリゲートを破棄するセクション（例えばクラスのdeallocなど）にこのコードを追加します。

TfLiteInterpreterDelete(interpreter);
TfLiteCoreMlDelegateDelete(delegate);
TfLiteModelDelete(model);

ベストプラクティス

Neural Engine を搭載しないデバイスで Core ML デリゲートを使用する

デフォルトでは、デバイスが Neural Engine を搭載している場合にのみ Core ML のデリゲートを作成し、デリゲートが作成されない場合はnullを返します。他の環境（例えばシミュレータなど）で Core ML のデリゲートを実行する場合は、Swift でデリゲートを作成する際に.allをオプションとして渡します。C++（および Objective-C）では、TfLiteCoreMlDelegateAllDevicesを渡すことができます。以下の例は、その方法を示しています。

Swift

var options = CoreMLDelegate.Options()
options.enabledDevices = .all
let coreMLDelegate = CoreMLDelegate(options: options)!
let interpreter = try Interpreter(modelPath: modelPath,
                                  delegates: [coreMLDelegate])

Objective-C

TfLiteCoreMlDelegateOptions options;
options.enabled_devices = TfLiteCoreMlDelegateAllDevices;
TfLiteDelegate* delegate = TfLiteCoreMlDelegateCreate(&options);
// Initialize interpreter with delegate

Metal (GPU) デリゲートをフォールバックとして使用する。

Core ML のデリゲートが作成されない場合でも、Metal デリゲート を使用してパフォーマンスの向上を図ることができます。以下の例は、その方法を示しています。

Swift

var delegate = CoreMLDelegate()
if delegate == nil {
  delegate = MetalDelegate()  // Add Metal delegate options if necessary.
}

let interpreter = try Interpreter(modelPath: modelPath,
                                  delegates: [delegate!])

Objective-C

TfLiteCoreMlDelegateOptions options = {};
delegate = TfLiteCoreMlDelegateCreate(&options);
if (delegate == NULL) {
  // Add Metal delegate options if necessary
  delegate = TFLGpuDelegateCreate(NULL);
}
// Initialize interpreter with delegate

デリゲート作成のロジックがデバイスのマシン ID（iPhone11,1 など）を読み取って Neural Engine が利用できるかを判断します。詳細はコードをご覧ください。または、DeviceKit などの他のライブラリを使用して、独自の拒否リストデバイスのセットを実装することもできます。

古い Core ML バージョンを使用する

iOS 13 は Core ML 3 をサポートしていますが、Core ML 2 のモデル仕様に変換すると動作が良くなる場合があります。デフォルトでは変換対象のバージョンは最新バージョンに設定されていますが、デリゲートオプションでcoreMLVersion（Swift の場合は C API のcoreml_version）を古いバージョンに設定することによって変更が可能です。

サポートする演算子

Core ML デリゲートがサポートする演算子は以下の通りです。

  • Add
    • 特定の形状に限りブロードキャストが可能です。Core ML のテンソルレイアウトでは、次のテンソル形状をブロードキャストできます。[B, C, H, W]、[B, C, 1, 1]、[B, 1, H, W]、 [B, 1, 1, 1]。
  • AveragePool2D
  • Concat
    • 連結はチャンネル軸に沿って行う必要があります。
  • Conv2D
    • 重みやバイアスは定数である必要があります。
  • DepthwiseConv2D
    • 重みやバイアスは定数である必要があります。
  • FullyConnected（別名 Dense または InnerProduct）
    • 重みやバイアスは（存在する場合）定数である必要があります。
    • 単一バッチケースのみをサポートします。入力次元は、最後の次元以外は 1 である必要があります。
  • Hardswish
  • Logistic（別名 Sigmoid）
  • MaxPool2D
  • MirrorPad
    • REFLECTモードの 4 次元入力のみをサポートします。パディングは定数である必要があり、H 次元と W 次元にのみ許可されます。
  • Mul
    • 特定の形状に限りブロードキャストが可能です。Core ML のテンソルレイアウトでは、次のテンソル形状をブロードキャストできます。[B, C, H, W]、[B, C, 1, 1]、[B, 1, H, W]、 [B, 1, 1, 1]。
  • Pad および PadV2
    • 4 次元入力のみをサポートします。パディングは定数である必要があり、H 次元と W 次元にのみ許可されます。
  • Relu
  • ReluN1To1
  • Relu6
  • Reshape
    • 対象の Core ML バージョンが 2 の場合にのみサポートされ、Core ML 3 の場合はサポートされません。
  • ResizeBilinear
  • SoftMax
  • Tanh
  • TransposeConv
    • 重みは定数である必要があります。

フィードバック

問題などが生じた場合は、GitHubの Issue を作成し、再現に必要なすべての詳細を記載してください。

よくある質問

  • サポートされていない演算子がグラフに含まれている場合、CoreML デリゲートは CPU へのフォールバックをサポートしますか？
    • はい
  • CoreML デリゲートは iOS Simulator で動作しますか？
    • はい。ライブラリには x86 と x86_64 ターゲットが含まれているのでシミュレータ上で実行できますが、パフォーマンスが CPU より向上することはありません。
  • TensorFlow Lite と CoreML デリゲートは MacOS をサポートしていますか？
    • TensorFlow Lite は iOS のみでテストを行っており、MacOS ではテストしていません。
  • カスタムの TensorFlow Lite 演算子はサポートされますか？
    • いいえ、CoreML デリゲートはカスタム演算子をサポートしていないため、CPU にフォールバックします。

API