ONNX Runtime 분석 — Execution Provider와 Cross-Platform 배포
#한 줄 요약
“ONNX는 프레임워크 중립 모델 format, ONNX Runtime은 모든 hardware에 한 모델로 배포하는 inference 엔진입니다.” Execution Provider만 바꿔 같은 .onnx로 CUDA, TensorRT, CoreML, DML, CPU를 골라 씁니다.
#어떤 상황에서 쓰나
PyTorch 학습 → ONNX export → 다양한 device 배포가 가장 흔한 패턴입니다. 한 모델 file로 Windows ML, Linux GPU, macOS, Jetson, Android, iOS, embedded ARM 모두 가능합니다. TensorRT가 NVIDIA 전용이라면 ONNX Runtime은 cross-vendor 옵션입니다.
LLM serving (Phi, Llama via ONNX Runtime GenAI), audio model (Whisper), vision (YOLOv8) 모두 ONNX Runtime이 사실상 표준 deploy 옵션입니다.
#핵심 개념 — ONNX format
ONNX (Open Neural Network Exchange):
- Protobuf 기반 그래프 representation
- Operator set version (opset)
- 모델 = nodes (ops) + initializers (weights) + I/O
import torch
model = torchvision.models.resnet50(pretrained=True)model.eval()
dummy = torch.randn(1, 3, 224, 224)torch.onnx.export(model, dummy, "resnet50.onnx", input_names=['input'], output_names=['output'], dynamic_axes={'input': {0: 'batch'}, 'output': {0: 'batch'}}, opset_version=17)resnet50.onnx 한 파일이 어디서나 동작.
#ONNX Runtime 기본
import onnxruntime as ortimport numpy as np
sess = ort.InferenceSession('resnet50.onnx', providers=['CPUExecutionProvider'])
input = np.random.randn(1, 3, 224, 224).astype(np.float32)out = sess.run(['output'], {'input': input})print(out[0].shape)C++:
#include <onnxruntime_cxx_api.h>
Ort::Env env(ORT_LOGGING_LEVEL_WARNING, "test");Ort::SessionOptions opts;Ort::Session sess(env, "resnet50.onnx", opts);
std::vector<int64_t> shape = {1, 3, 224, 224};std::vector<float> input(1*3*224*224);auto mem = Ort::MemoryInfo::CreateCpu(OrtArenaAllocator, OrtMemTypeDefault);auto in_tensor = Ort::Value::CreateTensor<float>(mem, input.data(), input.size(), shape.data(), shape.size());
const char *in_name = "input";const char *out_name = "output";auto outputs = sess.Run(Ort::RunOptions{}, &in_name, &in_tensor, 1, &out_name, 1);
float *out = outputs[0].GetTensorMutableData<float>();#Execution Provider — Hardware별 backend
| Provider | 대상 |
|---|---|
CPUExecutionProvider | 모든 platform, fallback |
CUDAExecutionProvider | NVIDIA GPU |
TensorrtExecutionProvider | NVIDIA + TensorRT (속도 ↑) |
DmlExecutionProvider | DirectML (Windows GPU) |
CoreMLExecutionProvider | Apple GPU/ANE |
OpenVINOExecutionProvider | Intel CPU/GPU/NPU |
QNNExecutionProvider | Qualcomm Hexagon |
NNAPIExecutionProvider | Android NPU |
SnpeExecutionProvider | Qualcomm SNPE |
ROCMExecutionProvider | AMD GPU |
ACLExecutionProvider | ARM Compute Library |
같은 코드, provider만 바꿈:
# NVIDIAsess = ort.InferenceSession('resnet50.onnx', providers=['TensorrtExecutionProvider', 'CUDAExecutionProvider', 'CPUExecutionProvider'])
# Applesess = ort.InferenceSession('resnet50.onnx', providers=['CoreMLExecutionProvider', 'CPUExecutionProvider'])
# Windows DirectXsess = ort.InferenceSession('resnet50.onnx', providers=['DmlExecutionProvider', 'CPUExecutionProvider'])Provider 순서대로 지원 op는 해당 provider, unsupported는 fallback.
#TensorRT EP — NVIDIA에서 최고 throughput
options = [ ('TensorrtExecutionProvider', { 'trt_fp16_enable': True, 'trt_int8_enable': False, 'trt_engine_cache_enable': True, 'trt_engine_cache_path': './trt_cache', }), 'CUDAExecutionProvider', 'CPUExecutionProvider',]sess = ort.InferenceSession('model.onnx', providers=options)첫 호출에 TensorRT가 engine을 build (수분), 이후는 cache에서 load. TensorRT 직접 쓰는 것 대비 약간 overhead. 편의성 vs 약간의 성능.
#CoreML EP — Apple Silicon
sess = ort.InferenceSession('model.onnx', providers=[('CoreMLExecutionProvider', { 'COREML_FLAG_USE_CPU_ONLY': False, 'COREML_FLAG_USE_NPU': True, })])ANE (Apple Neural Engine)에 자동 dispatch. M2/M3 Mac에서 ResNet-50 ~1ms.
#QNN EP — Qualcomm Hexagon
sess = ort.InferenceSession('model.onnx', providers=[('QNNExecutionProvider', { 'backend_path': '/path/to/libQnnHtp.so', })])Snapdragon 디바이스의 Hexagon HTP (NPU)를 활용.
#Embedded / Minimal Build
ONNX Runtime 전체: ~50 MBMobile build (선택 op만): ~5 MBCustom slim build: 더 작게CMake로 직접:
git clone https://github.com/microsoft/onnxruntime.gitcd onnxruntime./build.sh --config MinSizeRel \ --minimal_build \ --disable_ml_ops \ --include_ops_by_config required_ops.config \ --enable_reduced_operator_type_supportrequired_ops.config에 모델이 쓰는 op만 명시.
#모델 최적화 — ORT format
import onnxruntime as ort
sess_options = ort.SessionOptions()sess_options.graph_optimization_level = ort.GraphOptimizationLevel.ORT_ENABLE_ALLsess_options.optimized_model_filepath = 'model.opt.onnx'
sess = ort.InferenceSession('model.onnx', sess_options).opt.onnx는 최적화된 ORT format. Mobile build에서 더 빠르게 load.
#Quantization
from onnxruntime.quantization import quantize_dynamic, QuantType
quantize_dynamic('model.onnx', 'model.int8.onnx', weight_type=QuantType.QInt8)Dynamic quantization: weight만 INT8, activation은 runtime 변환. 빠르고 손실 적음.
Static quantization (calibration 필요):
from onnxruntime.quantization import quantize_static, CalibrationDataReader
class MyReader(CalibrationDataReader): def get_next(self): return {'input': next_batch()}
quantize_static('model.onnx', 'model.int8.onnx', MyReader(), quant_format=QuantFormat.QDQ)#사례 — YOLOv8 multi-platform
같은 .onnx 한 파일로:
| Platform | EP | 성능 |
|---|---|---|
| Server (NVIDIA T4) | TensorRT EP | 250 fps |
| Workstation (RTX 4090) | CUDA EP | 400 fps |
| Jetson Orin | TensorRT EP | 80 fps |
| Mac M2 | CoreML EP | 60 fps |
| Windows + AMD GPU | DML EP | 50 fps |
| Android (Qualcomm) | QNN EP | 30 fps |
| Linux ARM (RPi5) | CPU | 5 fps |
PyTorch → ONNX export 한 번, 6 platform 배포.
#사례 — Whisper 음성 인식
import onnxruntime as ort
sess = ort.InferenceSession('whisper-tiny.onnx', providers=['CoreMLExecutionProvider'])
mel = compute_mel_spectrogram(audio) # (1, 80, 3000)out = sess.run(None, {'input_features': mel})tokens = greedy_decode(out[0])Whisper-tiny가 Mac M2에서 real-time보다 10배 빠르게 동작. CoreML로 ANE 활용.
#ONNX Runtime Web — Browser
import * as ort from 'onnxruntime-web';
const session = await ort.InferenceSession.create('model.onnx', { executionProviders: ['webgl', 'wasm']});
const input = new ort.Tensor('float32', new Float32Array(...), [1, 3, 224, 224]);const output = await session.run({input});WASM + WebGL/WebGPU로 브라우저에서 inference. Server 없이 client에서.
#Profile
sess_options = ort.SessionOptions()sess_options.enable_profiling = Truesess = ort.InferenceSession('model.onnx', sess_options)
# Run inferencesess.run(...)profile_file = sess.end_profiling()# Chrome Tracing format → chrome://tracing각 op의 latency가 visualize됩니다. Bottleneck op를 찾아 optimize.
#자주 보는 함정
Provider 우선순위 잘못
providers=['CPUExecutionProvider', 'CUDAExecutionProvider']CPU가 첫 번째면 CUDA가 무시됨. 빠른 것을 먼저.
Unsupported op로 fallback
Some nodes are not supported by TensorrtExecutionProvider→ partition fallback to CUDAEP 별로 지원 op가 다름. Verbose log로 어느 op가 어디로 가는지 확인.
ONNX opset 호환
TensorRT 8.4 supports opset 17Model opset 18 → fail or downgradeONNX export 시 target EP에 맞는 opset 선택.
Dynamic shape 미지원
dynamic_axes={'input': {0: 'batch'}}지원되지만 TensorRT EP는 min/max shape 명시 필요. 그렇지 않으면 매 호출마다 engine rebuild.
Calibration data 부족
Static INT8 quantization에서 calibration data가 부족하면 accuracy 5-10% 손실. 500~1000장 권장.
Mobile build에서 op 누락
Op 'GridSample' not foundCustom build에서 op를 빠뜨림. required_ops.config 재생성.
#정리
- ONNX = 프레임워크 중립 모델 format.
- ONNX Runtime = 그 모델을 어떤 hardware에서도 돌리는 inference 엔진.
- Execution Provider만 바꿔서 CPU/CUDA/TensorRT/CoreML/DML/QNN/NNAPI 전환.
- Provider 순서: 빠른 것 먼저, 마지막에 CPU fallback.
- Minimal build로 5 MB까지 줄임. Embedded·mobile에 적합.
- Dynamic INT8 quantization은 calibration 없이 빠르게.
- ORT format으로 mobile loading 최적화.
- Browser inference도 onnxruntime-web으로 가능.
- 모델 한 번 export로 다양한 platform 배포가 ONNX Runtime의 핵심 가치.
다음 편은 Series 마지막 — Modern Embedded Recipes 정리입니다.
#관련 항목
Modern Embedded Recipes · 143 of 152
- 1Modern Embedded Recipes — 모던 임베디드 실전 레시피 시리즈 소개
- 2디지털 신호 기초 — Voltage Level·Edge·Setup/Hold 분석
- 3임베디드 클럭과 타이밍 — Skew·Jitter·PLL·MMCM 분석
- 4GPIO 내부 구조 분해 — Push-Pull·Open-Drain·Schmitt Trigger
- 5UART 하드웨어 동작 분석 — Baud Rate·Framing·FIFO
- 6SPI 하드웨어 분석 — Clock Mode·MOSI/MISO·Chip Select
- 7I2C 하드웨어 분석 — Open-Drain·Clock Stretching·Arbitration
- 8ADC 동작 원리 — SAR·Sigma-Delta·Pipelined 비교
- 9DAC 동작 원리 — R-2R Ladder·Sigma-Delta·Settling Time
- 10PWM 신호 생성 분석 — Duty·Frequency·Dead Time·Center-Aligned
- 11CAN 버스 전기적 특성 — Differential·Termination·Dominant/Recessive
- 12RS-485·RS-422 차동 신호 분석 — Termination·Biasing·Topology
- 13LVDS 차동 신호 분석 — Common-Mode·Impedance·Eye Pattern
- 14ARM Cortex-M 시리즈 비교 — M0·M3·M4·M7·M33·M55 분석
- 15ARM Cortex-A 시리즈 비교 — A53·A55·A72·A78·X1 분석
- 16ARM 레지스터 구조 분석 — R0~R15·CPSR·SPSR·Banked Registers
- 17Cortex-M 예외 처리 — Vector Table·NVIC·Tail-Chaining 추적
- 18ARM 메모리 맵 분석 — Normal·Device·Strongly-Ordered Region
- 19ARM L1·L2 캐시 분석 — Set Associative·Inclusive·Maintenance
- 20ARM MPU 활용 — Region·Attribute·Privilege Separation
- 21ARM MMU 기초 분석 — Translation Table·TLB·ASID
- 22ARM TrustZone-M 기초 — Secure/Non-Secure·NSC·MPC
- 23ARM Memory Barrier 실전 — DMB·DSB·ISB·DMA·MMIO
- 24임베디드 크로스 컴파일러 분석 — GCC·Clang·Sysroot 구성
- 25C 컴파일 4단계 — Preprocess·Compile·Assemble·Link 추적
- 26ELF 파일 구조 분석 — Section·Segment·Symbol Table·DWARF
- 27링커 스크립트 기초 — SECTIONS·MEMORY·entry point
- 28링커 스크립트 고급 — Overlay·BSS·init_array·LMA/VMA
- 29임베디드 스타트업 코드 분석 — Reset_Handler·Vector Table·SystemInit
- 30C 런타임 crt0 분석 — Stack·BSS Zero·Data Copy·atexit
- 31임베디드 메모리 레이아웃 — .text·.rodata·.data·.bss·.heap·.stack
- 32임베디드 컴파일러 최적화 분석 — -O0~-O3·-Os·-LTO 비교
- 33Map 파일 분석 — Symbol·Section·Size 추적으로 코드 크기 진단
- 34Make·CMake 크로스 컴파일 — Toolchain File·Sysroot 통합
- 35임베디드 Bootloader 체인 — BootROM·SPL·U-Boot·Kernel·Secure Boot
- 36첫 bare-metal 프로그램 작성 — Linker·Startup·main의 최소 구성
- 37MMIO 레지스터 직접 접근 — volatile·Memory Map·Aliasing 분석
- 38GPIO 드라이버 직접 구현 — STM32 HAL 없이 레지스터로
- 39임베디드 클럭 설정 분석 — HSE·PLL·SYSCLK·AHB/APB 분주
- 40Cortex-M 인터럽트 핸들링 — NVIC·Priority·Vector·EXTI
- 41SysTick 타이머 활용 — 24-bit Counter·1ms Tick·delay 구현
- 42UART 드라이버 구현 — polling·interrupt·DMA 3가지 방식 비교
- 43SPI 드라이버 구현 — Master·Slave·CRC·DMA
- 44I2C 드라이버 구현 — Master·7-bit/10-bit·Clock Stretching 처리
- 45임베디드 DMA 기초 — Memory-to-Memory·Peripheral·Circular Mode
- 46저전력 모드 분석 — Sleep·Stop·Standby·Wake-up Source
- 47IWDG·WWDG 워치독 구현 — Independent vs Window 비교
- 48임베디드 Flash 프로그래밍 — Erase·Program·Read While Write
- 49DDR 초기화 실패 진단 — Timing·Calibration·Walking Bit Test
- 50PWM 출력 실전 — LED 밝기·모터 속도 제어
- 51DC 모터 제어 — H-Bridge·PWM Duty·Encoder Feedback
- 52스테퍼 모터 제어 — Full Step·Half Step·Microstepping
- 53서보 모터 제어 — PWM 1ms~2ms·Closed Loop·PID
- 54Character LCD 제어 — HD44780·4-bit Mode·Custom Char
- 55SPI OLED 제어 — SSD1306·Frame Buffer·Page 단위 갱신
- 56TFT 디스플레이 구동 — RGB565·FSMC·LTDC·DMA2D
- 57환경 센서 활용 — BME280 온습압·SHT3x·BMP180 비교
- 58IMU 센서 활용 — MPU6050·LSM6DSO·Sensor Fusion
- 59CAN 통신 구현 — bxCAN·Filter·Mailbox·CAN-FD
- 60USB Device 기초 — Descriptor·Enumeration·Endpoint·HID/CDC
- 61Ethernet MAC+PHY 통합 — RMII·lwIP·DMA Descriptor
- 62SD Card + FatFs 구현 — SPI/SDIO 모드·CSD/CID·Wear
- 63RTC 활용 — Calendar·Alarm·Wake-up Timer·Backup Domain
- 64RTOS 도입 결정 분석 — Super Loop vs RTOS 트레이드오프
- 65RTOS Task 설계 패턴 — 우선순위·스택·State Machine
- 66RTOS Scheduler 동작 분석 — Tick·Context Switch·Yield
- 67RTOS Semaphore 활용 — Binary·Counting·ISR Give
- 68RTOS Mutex 활용 — Recursive·Priority Inheritance 적용
- 69RTOS Queue 활용 — By-Value·By-Reference·Timeout 패턴
- 70RTOS Event Group 활용 — Bit Wait·Sync·Notify
- 71RTOS Software Timer 활용 — One-shot·Auto-reload·Daemon Task
- 72ISR-Safe API 설계 — Reentrant·Atomic·Defer 패턴
- 73Priority Inversion 진단·예방 — Mars Pathfinder Lesson 추적
- 74Timer Wheel 분석 — Hashed·Hierarchical·O(1) Tick
- 75RTOS 디버깅 기법 — Tracealyzer·SystemView·Stack 추적
- 76임베디드 Linux 부팅 흐름 분석 — BootROM·U-Boot·Kernel·init
- 77U-Boot 활용 — bootcmd·env·tftp·boot.scr 분석
- 78Device Tree 실전 — DTS·DTB·Overlay·Phandle 추적
- 79Device Tree Overlay 적용 — Runtime fragment·dtoverlay
- 80임베디드 커널 빌드 — defconfig·menuconfig·Image·zImage
- 81커널 모듈 기초 — init/exit·Parameter·KBuild·DKMS
- 82캐릭터 드라이버 작성 — file_operations·cdev·register_chrdev
- 83Platform 드라이버 작성 — probe·remove·of_match·DT 바인딩
- 84mmap 4가지 모드 — Anonymous·File·Shared·Huge Page
- 85epoll 실전 — LT·ET·ONESHOT·EXCLUSIVE 비교
- 86UIO·VFIO 분석 — User-Space Driver와 IOMMU 격리
- 87sysfs·configfs 활용 — kobject 기반 User 인터페이스
- 88IRQ Affinity 튜닝 — smp_affinity·isolcpus·irqbalance
- 89루트 파일시스템 구축 — Buildroot 기초·Package·Toolchain
- 90임베디드 동적 메모리 — malloc 위험·결정성·대안 분석
- 91메모리 정렬과 패딩 분석 — Natural·Strict Alignment·Trap
- 92Cache Line Alignment — alignas·Padding·SoA 적용
- 93DMA-Friendly Allocator — dma_alloc_coherent·IOMMU·Pool
- 94Zero-Copy Pipeline — DMA-BUF·sendfile·io_uring·splice
- 95NUMA Memory Topology — numactl·numa_alloc·HBM 적용
- 96SIMD 활용 분석 — Intrinsics·Auto-Vectorization·OpenMP SIMD
- 97ARM NEON 심화 — Matrix Multiply·FFT·Image Filter 적용
- 98임베디드 스택 분석 — high-water·overflow 탐지
- 99임베디드 코드 크기 최적화 — -Os·LTO·Section Garbage Collection
- 100임베디드 전력 최적화 — Sleep Mode·Clock Gating·DVFS
- 101WCET 분석 기법 — Static·Measurement·Hybrid 방법론
- 102Lock-Free Ring Buffer 구현 — SPSC·Power-of-2·Memory Order
- 103Wait-Free Signaling — Atomic Flag·Sequence·Latest-Value
- 104RCU (Read-Copy-Update) 기초 — Quiescent State·Grace Period
- 105Hazard Pointer 분석 — Lock-Free Memory Reclamation
- 106Compare-And-Swap 패턴 — Stack·Counter·Linked List 적용
- 107Atomic Operation 비용 분석 — Fence·Cache Line·Contention
- 108Spinlock vs Mutex 결정 가이드 — Context Switch·Hold Time
- 109ABA 문제 회피 — Tagged Pointer·Hazard·Generation Counter
- 110False Sharing 해결 — Cache Line Padding·SoA 적용
- 111MPMC Queue 구현 — Multi-producer Multi-consumer Lock-Free
- 112임베디드 디버깅 마인드셋 — 가설·격리·재현·이분탐색
- 113JTAG·SWD 안 붙을 때 — 핀·전압·속도·세션 진단
- 114GDB 원격 디버깅 — OpenOCD·J-Link·target remote 구성
- 115Cortex-M 하드폴트 분석 — Stacked Frame·CFSR 읽기
- 116UART 안 찍힐 때 — Bare-metal 체크리스트
- 117임베디드 부팅 실패 진단 — 단계별 Isolation
- 118인터럽트 누락·중복 진단 — Priority·Pending·Re-entry 추적
- 119메모리 오버플로우·오염 진단 — Canary·MPU·Pattern 분석
- 120타이밍·Race 진단 — Heisenbug 잡는 법
- 121통신 프로토콜 분석 — Logic Analyzer와 Protocol Decoder
- 122임베디드 로깅 시스템 설계 — 레벨·버퍼·SWO·Deferred
- 123임베디드 포스트모템 분석 — Core Dump와 Field Crash
- 124FPGA 기초 분석 — LUT·FF·BRAM·DSP 자원 구조
- 125Vivado 사용법 — Project·Constraint·Synth·Impl·Bitstream
- 126PCIe BAR 매핑 분석 — Config Space·Enumeration·MMIO 접근
- 127AXI 인터페이스 — AXI4·AXI4-Lite·AXI-Stream 비교
- 128Zynq PS-PL 통신 — GP·HP·ACP 인터페이스 선택
- 129Mailbox Protocol 분석 — Host와 Accelerator를 잇는 Doorbell
- 130Command Queue·Submission Queue — NVMe·XDMA 공통 패턴
- 131DMA Completion 메커니즘 — Interrupt·Polling·Completion Ring
- 132PCIe Streaming 분석 — BAR Type·MSI-X·Kernel Bypass
- 133Vitis HLS 분석 — Pragma·Pipeline II·Dataflow 실전 감각
- 134HLS 최적화 기법 — Pipeline·Unroll·Partition·Dataflow
- 135Vitis AI 분석 — DPU·xmodel·VART
- 136OpenCL on FPGA — Kernel·Channel·Burst Memory 분석
- 137Intel Quartus 사용법 — Platform Designer·Nios II·HLS
- 138Edge Inference 분석 — Cloud vs Edge·Latency·Privacy
- 139NPU 아키텍처 분석 — Ethos·Hexagon·Systolic Array 비교
- 140딥러닝 Quantization 분석 — PTQ·QAT·INT8·INT4·Calibration
- 141TensorRT 분석 — ONNX→Engine·FP16·INT8·DLA·Multi-Stream
- 142TFLite Micro 분석 — Op Resolver·Tensor Arena·Cortex-M
- 143ONNX Runtime 분석 — Execution Provider와 Cross-Platform 배포
- 144Edge Thermal Management — Throttling·DVFS·Fan Curve·Sustained
- 145NVIDIA Jetson 분석 — Nano·Xavier·Orin·Thor·JetPack·DLA·VPI
- 146Zero-Copy Camera Pipeline — V4L2·DMA-BUF·GPU Import·NPU 직결
- 147온디바이스 LLM 추론 — llama.cpp·GGUF·MLX·KV Cache·NPU Backend
- 148Cortex-M33 TF-M·TrustZone — Secure Firmware·PSA·MCUboot
- 149Matter·Thread 분석 — IoT 통합 표준·Commissioning·Multi-Fabric
- 150PCIe → CXL 진화 — 같은 PHY 위 cache-coherent 프로토콜 추가
- 151QEMU CXL Type 3 디바이스 에뮬레이션 — 노트북에서 CXL 개발 환경 구축
- 152Linux CXL 드라이버 분석 — cxl_pci·cxl_core·region·DAX
관련 글
Edge Inference 분석 — Cloud vs Edge·Latency·Privacy
Edge inference가 cloud 대비 언제 답인지, MCU부터 server-class edge까지 하드웨어 스펙트럼과 프레임워크 선택, 3-stage pipeline 설계를 정리합니다.
온디바이스 LLM 추론 — llama.cpp·GGUF·MLX·KV Cache·NPU Backend
4-bit 양자화된 LLM이 모바일·edge에서 동작하는 시대. llama.cpp/GGUF, Apple MLX, KV cache 메모리, 백엔드 선택을 정리합니다.
Edge Thermal Management — Throttling·DVFS·Fan Curve·Sustained
Edge AI 보드의 sustained 성능을 결정하는 thermal 한계. throttle trip, DVFS, fan curve, nvpmodel, passive cooling 설계를 정리합니다.