Yapay sinir ağları ile makine çevirisinin detaylı başarım analizi
An in-depth performance analysis of neural machine translation tasks
Yazar: SİMLA BURCU HARMA
Danışman: PROF. DR. OĞUZ ERGİN
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Teknoloji çağında yaşıyoruz ve son on yılda Yapay Zeka üzerine en çok çalışılan teknoloji olmuştur. Sayısız alanda uygulaması bulunmakla birlikte, Yapay Sinir Ağları ile Makine Çevirisi (YMÇ) temel araştırma alanlarından birisidir. Google, Facebook, Amazon, Microsoft, Yandex gibi birçok büyük şirket ürünlerinde YMÇ kullanmaktadır ve YMÇ'nin kullanıcılara servis olarak sunulması son zamanlarda benimsenen bir yöntem olmuştur. Bu servislerin, kullanıcı memnuniyeti açısından, hız ve çeviri kalitesi başta olmak üzere bazı kısıtları sağlamaları gerekmektedir. YMÇ modellerini hızlandır-
mak konusunda birçok çalışma yapılmıştır, ancak bildiğimiz kadarıyla bu çalışmaların hiçbiri detaylı başarım/zaman analizinde bulunmamıştır. Bu çalışmada en gelişmiş YMÇ modellerinden birisi olan, kodlayıcı-kodçözücü yapısını ilgi mekanizmasıyla birleştiren Dönüştürücü modeli ile çalışılmıştır. 

Dönüştürücü'nün etrafına bir mikroservis kurulmuş ve sistemin darboğazının modelin kendisi olduğu gösterilmiştir. Bunun üzerine temel yapılandırma parametrelerinin değişimiyle deneyler yapılmış ve bu parametrelerin başarımı hassas bir şekilde etkilediği gözlenmiştir. Bunun üzerine modelin her bir bileşeninin CPU ve GPU'da detaylı zaman dökümü çıkarılmış ve en verimsiz aşamanın ışın araması olduğu gösterilmiştir. Daha sonra ışın aramasının daha iyi anlaşılması adına her bir adımını gösteren zaman dökümü çıkarılmıştır. Ayrıca, ışın boyutunun BLEU skorunu sadece kelime-bazında etkilediği, türce-bazında bir etkisinin olmadığı gözlemlenmiştir. Son olarak kelime-hazinesi büyüklüğünün ışın aramasının başarımında büyük rolü olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
We live in the technology era and over the last decade Artificial Intelligence (AI) has been the most focused technology. It has applications in countless topics and neural machine translation (NMT) is one of the major research areas. Many big companies like Google, Facebook, Amazon, Microsoft, Yandex deploy NMT in their production systems and NMT services has become popular lately. These services need to provide some constraints, especially speed and translation quality, for user satisfaction. There has been significant amount of work on accelerating NMT models however to the best of our knowledge, there is no detailed research giving a detailed performance analysis of each step in a model. In this work, one of the state-of-the-art models the Transformer is used. It has encoder-decoder architecture with an additional attention mechanism.

A microservice is implemented on top of the Transformer model and it is showed that the bottleneck is the model itself. Then, several experiments with different configuration values has been conducted and it is observed that the performance of the model is highly sensitive to the changes in these values. A detailed performance breakdown of the model in CPU and GPU show that beam search is a big source of inefficiency. So a detailed time breakdown of the beam search is obtained in order to have a better understanding. Additionally, it is observed that the beam size only affects BLEU score at word level, and not at token level. Finally, it is showed that the vocabulary size has a major role on the performance of the beam search.