Blame for README.md

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license: apache-2.0
library_name: diffusers
pipeline_tag: text-to-image
base_model: Tongyi-MAI/Z-Image-Turbo
tags:
- openvino
- int4
- optimum
- optimum-intel
- nncf
- z-image
- transformer
- text-to-image
- cpu
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# Z-Image-Turbo — OpenVINO INT4

將 [`Tongyi-MAI/Z-Image-Turbo`](https://huggingface.co/Tongyi-MAI/Z-Image-Turbo)（6B S3-DiT，Turbo 蒸餾）轉換為 **OpenVINO INT4** 權重，
並以 **純 CPU** 實測 1024×1024 出圖。

`optimum-intel` 匯出 → NNCF weight-only INT4 量化 → **FP16 20.32 GB → INT4 5.52 GB（↓ ~73%）**。

> **步數說明**：設定 `num_inference_steps=9`，scheduler 實際執行 **9 個 step**。
> 來源模型標示的「8 NFE」是指 DiT forward 次數的官方說法，與本 repo 量測到的 9 個 scheduler step 並不完全對應，實測數據以 `examples/benchmark.json` 為準。

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## 目錄

- [快速資訊](#快速資訊)
- [特色](#特色)
- [安裝](#安裝)
- [快速開始](#快速開始)
- [推論參數建議](#推論參數建議)
- [範例結果](#範例結果)
- [風格展示](#風格展示)
- [效能實測摘要](#效能實測摘要)
- [檔案結構](#檔案結構)
- [從零復現](#從零復現)
- [已知限制](#已知限制)
- [授權與出處](#授權與出處)

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## 快速資訊

| 項目 | 內容 |
| --- | --- |
| **基座模型** | [`Tongyi-MAI/Z-Image-Turbo`](https://huggingface.co/Tongyi-MAI/Z-Image-Turbo)（6B S3-DiT，Turbo 蒸餾） |
| **Pipeline** | `ZImagePipeline`（diffusers 格式） |
| **Scheduler** | `FlowMatchEulerDiscreteScheduler`（`shift=3.0`，由 `scheduler_config.json` 自動載入） |
| **量化格式** | transformer / text_encoder → INT4；VAE → INT8 |
| **模型大小** | FP16 20.32 GB → **INT4 5.52 GB**（↓ ~73%） |
| **推論裝置** | CPU（OpenVINO CPU plugin，無需 GPU） |
| **推薦參數** | `num_inference_steps=9`、`guidance_scale=0.0`、`1024×1024` |
| **記憶體需求** | 實測推論期間 RSS 約 **16.3 GB** |
| **轉換工具** | optimum 2.3.0 / optimum-intel 2.2.0 / OpenVINO 2026.4.0 / NNCF 3.4.0 |

## 特色

- **體積 ↓ 73%**：FP16 20.32 GB → INT4 5.52 GB。
- **純 CPU 可用**：`guidance_scale=0.0`，每步只需跑一次 Transformer。
- **diffusers 目錄結構**：可直接 `from_pretrained()`。
- **完整記憶體量測**：本 repo 記錄了逐張的推論前後 RSS，是同批中記憶體資料最完整的。
- **附 15 張實測圖**：5 組 prompt × (1024px + 512px 對照組)，另加 10 張風格展示。
- **⚠️ 記憶體需求偏高**：INT4 模型僅 5.52 GB，但推論時 RSS 達 16.3 GB。

## 安裝

```bash
pip install diffusers==0.37.1 transformers==4.57.6 tokenizers==0.22.0 huggingface-hub==0.35.1 optimum==2.3.0 optimum-intel==2.2.0 openvino==2026.4.0 nncf==3.4.0 torch pillow psutil
```

> 僅推論時不需要 `nncf`；`nncf` 為重新量化所需。

## 快速開始

```python
import torch
from optimum.intel import OVDiffusionPipeline

pipe = OVDiffusionPipeline.from_pretrained(
    "HelloSun/Z-Image-Turbo-OpenVINO-INT4", compile=True)

image = pipe(
    prompt="Young Chinese woman in red Hanfu, intricate embroidery, "
             "photorealistic, ultra detailed, 8k",
    height=1024, width=1024,
    num_inference_steps=9, guidance_scale=0.0,
    generator=torch.Generator().manual_seed(42),
).images[0]

image.save("out.png")
```

完整可執行範例：[`inference_int4.py`](inference_int4.py)　批次生成 + benchmark：[`generate5.py`](generate5.py)

## 推論參數建議

| 參數 | 建議值 | 說明 |
| --- | --- | --- |
| `num_inference_steps` | `9` | Turbo 蒸餾設定。**請勿增加**。 |
| `guidance_scale` | `0.0` | Turbo 模型**不啟用 CFG**。 |
| `shift` | `3.0` | **不需手動傳入**，`scheduler/scheduler_config.json` 已內建。 |
| `height` / `width` | `1024` | 模型原生解析度。 |
| `compile=True` | 開啟 | 編譯模型以取得較佳效能。 |

## 範例結果

> 全部為 **9 steps / guidance 0.0 / 1024×1024 / CPU**，seed 42–46 固定，可完全重現。

> 每組另附 512px 對照組（`examples/*_512.png`）。

> **檔名說明**：主測組檔名為 `*_8step_*`、風格展示為 `*_9step_*`，但兩者實際都以 `num_inference_steps=9` 生成，檔名中的步數前綴並不可靠。

### 01_hanfu_portrait — seed 42 — 116.2 s

```text
Young Chinese woman in red Hanfu, intricate embroidery, impeccable makeup, red floral forehead pattern, elaborate high bun, golden phoenix headdress, soft-lit outdoor night background, silhouetted tiered pagoda, blurred colorful distant lights, photorealistic, ultra detailed, 8k
```

![01_hanfu_portrait](examples/01_hanfu_portrait_seed42_8step_1024.png)

### 02_astronaut_jungle — seed 43 — 110.8 s

```text
Astronaut in a jungle, cold color palette, muted colors, detailed, 8k, photorealistic, cinematic lighting
```

![02_astronaut_jungle](examples/02_astronaut_jungle_seed43_8step_1024.png)

### 03_taipei_cyberpunk — seed 44 — 110.3 s

```text
Cyberpunk street in Taipei at night, heavy rain, neon signs with text 'TAIPEI' and Chinese characters '台北', reflections on wet asphalt, crowded night market, cinematic, ultra detailed
```

![03_taipei_cyberpunk](examples/03_taipei_cyberpunk_seed44_8step_1024.png)

### 04_shiba_astronaut — seed 45 — 109.3 s

```text
Cute Shiba Inu wearing a tiny astronaut helmet, sitting in a field of sunflowers under a starry sky, dreamy illustration, vibrant colors, high quality
```

![04_shiba_astronaut](examples/04_shiba_astronaut_seed45_8step_1024.png)

### 05_ink_landscape — seed 46 — 109.3 s

```text
Traditional Chinese ink wash landscape, misty mountains, a small pagoda on a cliff, cranes flying, minimalist, elegant, high aesthetic quality
```

![05_ink_landscape](examples/05_ink_landscape_seed46_8step_1024.png)

## 風格展示

以下 10 張為 10 類風格 × 同一組 5 組基礎 prompt（seed 42–51），
使用與上方基準測試**完全相同**的推論設定。

> **注意**：這批圖片**沒有**對應的 `examples/benchmark.json` 紀錄，也沒有腳本可重現，
> 完整 prompt 亦未收錄於 repo（早期說明檔中的版本已被截斷，無法還原）。

### traditional_painting · 傳統繪畫

_油畫、版畫、水彩等傳統媒材_

![01_traditional_painting](examples/01_traditional_painting_seed42_9step_1024.png)

### anime_manga · 動漫繪師

_吉卜力 × 新海誠動畫風_

![02_anime_manga](examples/02_anime_manga_seed43_9step_1024.png)

### digital_3d · 數位 3D

_UE5 寫實渲染、CG 質感_

![03_digital_3d](examples/03_digital_3d_seed44_9step_1024.png)

### photography_cinema · 攝影電影

_電影感人像攝影_

![04_photography_cinema](examples/04_photography_cinema_seed45_9step_1024.png)

### cultural_regional · 文化地域

_敦煌壁畫、水墨等東方美學_

![05_cultural_regional](examples/05_cultural_regional_seed46_9step_1024.png)

### material_craft · 材質工藝

_絲線刺繡、陶瓷、木雕等_

![06_material_craft](examples/06_material_craft_seed47_9step_1024.png)

### design_commercial · 平面商業

_商業插畫、扁平幾何設計_

![07_design_commercial](examples/07_design_commercial_seed48_9step_1024.png)

### abstract_generative · 抽象生成

_分形、生成藝術_

![08_abstract_generative](examples/08_abstract_generative_seed49_9step_1024.png)

### era_subculture · 復古次文化

_80s 霓虹、賽博龐克_

![09_era_subculture](examples/09_era_subculture_seed50_9step_1024.png)

### render_technique · 厚塗渲染

_油畫厚塗、概念設定_

![10_render_technique](examples/10_render_technique_seed51_9step_1024.png)

## 效能實測摘要

完整逐 step 數據見 [`REPORT.md`](REPORT.md) 與 [`examples/benchmark.json`](examples/benchmark.json)。

**測試環境**

| 項目 | 內容 |
| --- | --- |
| CPU | Intel(R) Xeon(R) Platinum 8559C |
| 拓撲 | 2 sockets × 48 cores × 2 threads/core = **192 vCPU**（96 實體核心） |
| RAM | 2.0 TiB |
| 虛擬化 | KVM（完整虛擬化） |
| OpenVINO | CPU only，2026.4.0（build `2026.4.0-22959-99c81491cc3-releases/2026/4`） |
| 設定 | `num_inference_steps=9`、`guidance_scale=0.0`、1024×1024 + 512×512 對照 |

**總結**

| 指標 | 主測組 | 對照組 |
| --- | --- | --- |
| 解析度 | 1024×1024 | 512×512 |
| 平均總耗時 | **111.18 s / 張** | **33.46 s / 張** |
| 平均單步耗時 | 12.15 s | 3.67 s |
| 最快 / 最慢 | 109.26 s / 116.19 s | 31.05 s / 38.72 s |
| 對照組倍數 | — | **3.32×** |

- 對照組為同一 prompt/seed 的 **512×512 重新推理**（非縮圖）。
- 文字編碼與 VAE decode 的時間**已包含**在總耗時內，每張約多出 1.7–1.9 s。

**逐張結果（1024×1024 / 9 steps）**

| # | Prompt | Seed | 總耗時 (s) | 平均單步 (s) | 512px 總耗時 (s) | 512px 單步 (s) | 推論後 RSS (GB) |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 01_hanfu_portrait | 42 | 116.19 | 12.696 | 38.72 | 4.236 | 16.31 |
| 02_astronaut_jungle | 43 | 110.82 | 12.112 | 33.04 | 3.617 | 16.31 |
| 03_taipei_cyberpunk | 44 | 110.31 | 12.066 | 31.81 | 3.489 | 16.32 |
| 04_shiba_astronaut | 45 | 109.30 | 11.943 | 31.05 | 3.396 | 16.32 |
| 05_ink_landscape | 46 | 109.26 | 11.941 | 32.69 | 3.587 | 16.32 |
|  | **平均** | **111.18** | **12.152** | **33.46** | **3.665** | **16.32** |

**模型大小**

以下為 repo 內 `openvino_model.bin` 的**實際位元組數**（Git LFS 記錄值）。

| 元件 | 位元組 | 大小 | 精度 |
| --- | ---: | ---: | --- |
| `transformer` | 3,199,343,400 | 3.20 GB | INT4 |
| `text_encoder` | 2,236,949,085 | 2.24 GB | INT4 |
| `vae_decoder` | 49,612,856 | 0.05 GB | INT8 |
| `vae_encoder` | 34,325,660 | 0.03 GB | INT8 |
| **合計** | **5,520,231,001** | **5.52 GB** | |

FP16 匯出模型約 **20.32 GB**（transformer 12.31 GB + text_encoder 7.84 GB + vae_decoder 99 MB + vae_encoder 69 MB）——取自 `examples/benchmark.json` 的 `sysinfo.model_sizes_GB`。

**⚠️ 早期說明中的 19 GB / 5.2 GB 與實測不符**：實際為 20.32 GB / 5.52 GB，本表為準。

INT4 後的 `text_encoder` 仍有 2.24 GB，因為它是 Qwen3-4B 級別的語言模型，即使 4-bit 量化體積依然可觀。

## 檔案結構

```text
.
├── README.md                  # 本文件
├── REPORT.md                  # 完整轉換 + 實測報告
├── model_index.json           # diffusers pipeline 索引（ZImagePipeline）
├── openvino_config.json       # OpenVINO 量化設定
├── inference_int4.py          # 單張推論範例
├── generate5.py               # 5 組 prompt 批次生成 + benchmark
├── quantize_int4.py           # FP16 OV → INT4 OV 量化腳本
├── transformer/               # INT4 ZImageTransformer2DModel（6B）
├── text_encoder/              # INT4 Qwen3 語言模型
├── tokenizer/                 # Qwen2Tokenizer
├── vae_encoder/               # INT8 VAE encoder
├── vae_decoder/               # INT8 VAE decoder
├── scheduler/                 # FlowMatchEulerDiscreteScheduler (shift=3.0)
└── examples/                  # 20 張實測圖 + benchmark.json + prompts.txt
    ├── *_8step_1024.png       # 主測組（5 張）
    ├── *_8step_512.png        # 對照組（5 張）
    ├── *_9step_1024.png       # 風格展示（10 張）
    ├── benchmark.json         # 逐 step 耗時 + 記憶體 + 完整系統資訊
    └── prompts.txt            # 5 組 prompt 與 seed
```

## 從零復現

```bash
# 1. 匯出 FP16 OpenVINO 模型
optimum-cli export openvino \
  -m Tongyi-MAI/Z-Image-Turbo \
  --task text-to-image \
  --library diffusers \
  --weight-format fp16 \
  ./z-image-turbo-ov-fp16

# 2. NNCF weight-only INT4 量化
python quantize_int4.py --fp16-dir ./z-image-turbo-ov-fp16 \
                          --int4-dir  ./z-image-turbo-ov-int4

# 3. 單張推論
python inference_int4.py

# 4. 批次生成 5 組 + 512px 對照 + benchmark
python generate5.py --outdir examples
```

量化設定：

```python
from optimum.intel.openvino.configuration import (
    OVConfig, OVWeightQuantizationConfig, OVPipelineQuantizationConfig,
)

int4_config = OVWeightQuantizationConfig(
    bits=4, sym=False, group_size=128,
    group_size_fallback="adjust", ratio=1.0,
)

pipeline_config = OVPipelineQuantizationConfig(
    quantization_configs={
        "transformer":  int4_config,
        "text_encoder": int4_config,
    },
    default_config=OVWeightQuantizationConfig(bits=8, sym=True),
)
```

## 已知限制

- **記憶體需求高**：INT4 模型僅 5.52 GB，但實測推論期間 RSS 達 **16.3 GB**。這是 OpenVINO CPU 在 INT4 執行時的即時解量化與中間張量所致，建議至少預留 20 GB 可用記憶體。
- **CPU 速度有限**：1024×1024 平均 111 s / 張，遠慢於同批的 SDXL 蒸餾模型。
- **僅為 weight-only 量化**：首次載入 + 編譯約 7.7 s。
- **CPU 專用**：GPU 使用請改用原模型或自行轉換 OpenVINO GPU。
- **9 steps 蒸餾設定**：`num_inference_steps > 9` 不會變好。
- **`model_index.json` 宣告單一 `vae`，但實際目錄為 `vae_decoder/` + `vae_encoder/`**：這是 optimum-intel 匯出的常見情況，`OVDiffusionPipeline` 可正常載入。
- **風格展示圖無實測紀錄**：10 張風格圖未納入 benchmark，完整 prompt 亦未收錄。

## 授權與出處

- **來源模型**：[`Tongyi-MAI/Z-Image-Turbo`](https://huggingface.co/Tongyi-MAI/Z-Image-Turbo)

- **授權**：`apache-2.0`（沿用來源模型授權）

- **轉換**：僅做格式轉換與權重量化，模型權重來自來源模型

使用本模型時請一併遵守來源模型的授權條款。

---

<div align="center">

**Made with OpenVINO + optimum-intel + NNCF**

</div>