機器之心報導
機器之心編輯部
繼 Theano、Caffe 之後，又一個由高校主導的深度學習框架開源了，而且還是國產。
深度學習框架越來越多，主導的團隊也從高校研究機構漸漸轉向了科技巨頭。但是，學界在這一領域的力量不容忽視。今日。清華大學開發了一個名為計圖（Jittor）的深度學習框架。這一框架有望為深度學習社區提供新的方案，也能夠推動深度學習框架國產化的進程。
據悉，計圖（Jittor：Just in Time）是一個採用元算子表達神經網絡計算單元、完全基於動態編譯（Just-in-Time）的深度學習框架，其主要特性為元算子和統一計算圖。
據官網介紹說：「研究團隊將神經網絡所需的基本算子定義為元算子」，元算子非常底層，通過相互融合可以完成複雜的深度學習計算，體現出了易於使用的特點。並且研發團隊表示，採用元算子的 Jittor 已超越 Numpy，能夠實現更複雜更高效的操作。
而另一層面，統一計算圖則是融合了靜態計算圖和動態計算圖的諸多優點，在易於使用的同時，提供高性能的優化。基於元算子開發的深度學習模型，可以被計圖實時地自動優化並且運行在指定的硬體上，如 CPU、GPU。
目前 Jittor 已開源，用戶可以採用 pip 等方法下載使用。
Jittor 官網：https://cg.cs.tsinghua.edu.cn/jittor/
項目地址：https://github.com/Jittor/jittor
即時、易用、可定製：實現和優化分離的框架
據官網介紹，Jittor 在設計時秉持易用、靈活、即時的設計理念：
易用且可定製：只需要數行代碼，就可定義新的算子和模型。實現與優化分離：可以通過前端接口專注於實現，而實現自動被後端優化。所有都是即時的：Jittor 的所有代碼都是即時編譯並且運行的，包括 Jittor 本身。用戶可以隨時對 Jittor 的所有代碼進行修改，並且動態運行。Jittor 作為全新的深度學習框架，有幾大新特性值得關注。首先，Jittor 採用了元算子的概念，將各種基本計算定義為元算子，並通過結合不同元算子，實現深度學習中的各項算子功能。
元算子融合。
其次，在算子的設置上，團隊將元算子的反向傳播進行了閉包，即元算子的反向傳播也是元算子。這樣避免了重複開發。此外，還支持計算任意高階導數。
高階導數及反向傳播閉包。
然後，在程式語言上，Jittor 採用了靈活而易用的 Python。用戶可以使用它，編寫元算子計算的 Python 代碼，然後 Jittor
將其動態編譯為 C++，實現高性能。
算子動態編譯。
更重要的是，Jittor 內置了優化編譯遍（complier pass）功能，和 LLVM 兼容。優化過程會根據運行的硬體而定，以下為已支持的優化編譯遍。
自動優化。
在內存管理上，CPU 和 GPU 內存統一管理。GPU 內存不夠的時候會調用 GPU。
統一內存管理。
而在接口方面，Jittor 同時提供了同步和異步接口，切換不會造成性能損失。從而帶來了易用性和高效率。
高效同步異步接口。
最後值得注意的是，為了幫助 Jittor 的發展，並吸收優秀框架的特性。Jittor 採用了和 PyTorch 相似的模塊化接口，並有輔助轉換腳本，還有和 PyTorch 一樣的 Numpy+pickle 協議，使得兩者的模型可以互相加載和使用。
模型遷移。
有了如此眾多的特性，估計用來寫模型會有非常好的體驗。此外，Jittor 使用 Python 和 C ++編寫，也支持 GPU 與 CUDA。
測評結果
Jittor 的性能如何，官方也提供了測評結果進行參考。目前 ResNet、VGG、SSD、DeepLab、LSGAN 等多個網絡模型已經在 Jittor 平臺實現，可供用戶使用。與同類型框架相比，Jittor 在收斂精度一致情況下，推理速度取得了 10%-50% 的性能提升。
示例代碼
Jittor 前端語言為 Python。前端使用模塊化的設計，類似於 PyTorch，Keras，後端則使用高性能語言編寫，如 CUDA，C++。Jittor 官網目前已提供了示例代碼，我們可以來分析一下。
下面的代碼演示了如何一步一步使用 Python 代碼，從頭對一個雙層神經網絡建模。
import jittor as jtfrom jittor import Modulefrom jittor import nnclass Model(Module):def __init__(self):self.layer1 = nn.Linear(1, 10)self.relu = nn.Relu()self.layer2 = nn.Linear(10, 1)def execute (self,x) :x = self.layer1(x)x = self.relu(x)x = self.layer2(x)return xdef get_data(n): # generate random data for training test.for i in range(n):x = np.random.rand(batch_size, 1)y = x*xyield jt.float32(x), jt.float32(y)model = Model()learning_rate = 0.1optim = nn.SGD(model.parameters(), learning_rate)for i,(x,y) in enumerate(get_data(n)):pred_y = model(x)loss = ((pred_y - y)**2)loss_mean = loss.mean()optim.step (loss_mean)print(f"step {i}, loss = {loss_mean.data.sum()}")
以上為實現一個簡單的全連接神經網絡的代碼。可以看到，類似於 PyTorch，只需要導入包，採用類繼承的方式定義模型、數據處理（分批等）方式，並設置訓練循環即可。從上手難度來看，熟悉 PyTorch 的用戶可以直接上手，甚至沒有因為變量名不同而帶來影響。
研究團隊
據官網介紹，Jittor 的開發團隊來自清華大學計算機系的圖形學實驗室，實驗室負責人為胡事民教授。
該實驗室成立於 1998 年 3 月，2007 年發展成為清華大學可視媒體研究中心，2010 年獲批成為北京市工程技術研究中心，同年和騰訊公司合作成立清華-騰訊網際網路創新技術聯合實驗室，並於 2018 年，成立北京信息科學與技術國家研究中心下的可視媒體智能計算團隊。目前有教授 2 名、副教授 3 名、助理研究員 1 名、博士後 4 名和研究生 50 多名。
Jittor 項目的主要研發主力為實驗室的梁盾、楊國燁、楊國煒和周文洋等等博士生，此外該項目也得到了清華-騰訊聯合實驗室的資助和支持。