深度学习量化双雄：PTQ 与 QAT 的技术剖析与实战

深度学习量化双雄：PTQ 与 QAT 的技术剖析与实战

写给想把 FP32 模型卷成 INT8 又不掉精度的你。

1 量化的动机

• 体积：FP32 → INT8，模型大小 ×4 倍压缩
• 带宽：内存/显存占用 ×4 倍降低
• 算力：INT8 Tensor Core 峰值 ×4 倍提升
  一句话：量化 ≈ 免费午餐。

2 训练后量化（PTQ）

2.1 原理

1. 在校准集上跑一次前向，统计 权重/激活 的 min/max（或 99.9 % percentile）。
2. 按公式计算 scale 与 zero-point
   对称量化（权重常见）：

   scale = max(|w|) / 127
   zero_point = 0
   

   非对称量化（激活常见）：

   scale = (max - min) / 255
   zero_point = round(-min / scale)
   

3. 将 scale/zero-point 写入引擎，推理时作为 常量乘子 直接吸收进 kernel，无额外计算。

2.2 粒度

2.3 一键脚本

trtexec --onnx=model.onnx --int8 \--calibDataDir=./calib_imgs \--saveEngine=model_int8.engine

• calib_imgs/ 只需原始图片，无标签。
• 10 分钟生成可部署引擎。

2.4 优缺点

• ✅ 零训练、零侵入
• ❌ 精度损失 1–3 %，对异常值敏感

3 量化感知训练（QAT）

3.1 原理

在训练图里插入 FakeQuant 节点

w_q = round(clip(w / scale)) * scale

• 前向：模拟量化误差
• 反向：STE 把梯度直接传给 FP32 权重，让网络学会“抗量化”的位置。

3.2 粒度

• 默认：权重 per-channel，激活 per-tensor
• 最新研究：scale/zero-point 亦可 可学习参数，端到端更新。

3.3 PyTorch 30 行示例

import torch, torchvision, torch.quantization as tqmodel = torchvision.models.resnet18(pretrained=True)
model.train()
tq.prepare_qat(model, qconfig=tq.get_default_qat_qconfig('fbgemm'))opt = torch.optim.AdamW(model.parameters(), 1e-4)
for x, y in train_loader:loss(model(x), y).backward()opt.step()torch.jit.save(tq.convert(model.eval()), 'qat.pt')

• 额外训练 1–5 epoch
• 精度损失 <0.5 %

3.4 优缺点

• ✅ 精度几乎无损，支持 4-bit 超低比特
• ❌ 需完整训练集和 GPU 时间

4 选型建议

5 技术小结

• scale/zero-point 是编译期常数，推理时 无额外延迟
• PTQ 先上车，QAT 再精雕
  量化不再是黑魔法，而是标准化流水线。