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人工智能与大模型

什么是 LLM 蒸馏与量化

2025.05.16 31分钟阅读

 

PART-01
介绍
顾名思义,大型语言模型是大型的。最强大、最准确的模型现在趋向于万亿参数架构,以在 LLM 基准测试中实现最高性能。然而,这些庞大的模型需要巨大的计算资源——通常是数百个 GPU ——用于训练和部署。
LLM 蒸馏是一种人工智能性能优化方法,其中一个更大的、万亿参数的“教师”模型训练一个更小的“学生”模型。这导致了一个更高效的人工智能模型,其计算需求要低得多。通过蒸馏,企业可以托管自己的高效人工智能模型,以增强控制、灵活性和所需的用例。
PART-02
什么是 LLM 或模型蒸馏?
模型蒸馏,也称为知识蒸馏或模型压缩,是一种将来自大型复杂模型的知识用于训练较小、更简单模型的过程。这个过程允许学生模型学习和近似某项任务的较大教师模型的行为,同时所需更少的计算资源。
模型蒸馏的关键组成部分包括:
  • 教师模型通常是一个大型的、经过预训练的或基础的模型,在大多数 LLM 任务中具有很高的准确性和性能。

  • 学生模型是一个较小的 LLM,从教师模型的输出和内部表示中学习。这通常可用于所有 LLM 任务或特定任务。

  • 训练过程教师模型的输出和概率分布用于训练较小的模型。

     

在蒸馏过程中,教师模型提供了其预测的详细概率分布。这些“软目标”展示了模型如何权衡不同的可能结果,帮助学生模型更好地理解不同输入之间的微妙关系,从而比简单地复制最终预测更有效地学习。
PART-03
模型蒸馏的好处
模型提取的有效性取决于各种因素,包括教师和学生模型的架构选择、使用的提取方法以及具体的任务要求。但一般来说,使用知识提炼培训 LLM 会带来以下结果:
  • 减少计算需求:较小的模型需要更少的内存和处理能力,使其更适合部署在移动设备、边缘设备或资源受限的环境中。

  • 更快的推理:由于尺寸和复杂性的降低,学生模型可以更快地处理输入。

  • 保持性能:如果处理得当,蒸馏模型可以保留其较大模型的大部分性能,同时显著提高效率。

  • 任务专业化:学生模型可以针对特定任务(情绪分析)或领域(医疗保健或法律)进行优化,在这些狭窄的应用中可能优于通用模型。

     

一个很好的蒸馏例子是 DeepSeek R1 模型系列,它是从 6410 亿参数的基础模型中蒸馏出来的。DeepSeek R1 提供使用 Qwen 和 Llama 架构的蒸馏版本,大小从迷你 15 亿个参数到适中的 320 亿个参数不等。
这些经过提炼的 DeepSeek R1 变体具有不同的计算需求,从仅在 CPU 系统上高效运行(DeepSeek-R1-Distill-Qwen-1.5B)到需要多 GPU 工作站或服务器(DeepSeek-R1-Distil-Llama-70B)。这比基础型号效率高得多,基础型号需要数百台英伟达 Hopper 架构 80GB 加速卡进行训练。
PART-04
蒸馏与量化
蒸馏创建了新的、更小的模型,而量化仍然使用完整的模型,但采用了精度较低的浮点格式。模型蒸馏和量化都是用于压缩大型语言模型的小型语言模型训练技术。
模型蒸馏
模型蒸馏创建了一个新的、较小的模型,该模型从较大模型的行为中学习。此过程:
  • 创建新架构:生成一个全新的、更小的模型,参数更少

  • 培训需求:在培训阶段需要大量的计算资源

  • 永久变化:最终模型永久变小并优化

  • 灵活性:可针对特定任务或领域进行定制

     

量化
量化通过降低浮点数精度来减小模型大小。换句话说,量化修改了现有模型中数字的表示方式,以提高模型效率。此过程:
  • 维护架构:保持相同的模型架构,但使用较低的精度数字

  • 最小处理:需要相对较少的计算能力来实现

  • 可逆:通常可以反转以恢复到原始精度

  • 通用应用:在整个模型中统一应用,无需特定任务的优化

     

如果你打算在 LLM 上执行自己的量化,有不同的量化方法可以探索。
PART-05
结合两种方法
为一个非常小且高性能的模型实现这两种技术。混合方法可以产生极其高效的模型,在需要最少计算资源的同时保持良好的性能。
  • 首先,蒸馏:从大型教师模型中创建一个较小的、特定任务的模型

  • 然后,量化:通过精度降低进一步减小模型大小

     

在实现这些技术时,请仔细平衡模型大小、精度和计算要求之间的权衡。这些较小的模型可能难以处理范围外的任务,处理复杂推理或微妙理解的能力可能有限。虽然它们在专业领域表现出色,但它们可能无法与原始模型的多功能性和广泛的知识库相匹配。
PART-06
何时使用提取的 AI 模型
提炼的 AI 模型特别适合特定的用例和环境:
  • 边缘计算:在边缘设备上部署人工智能功能以实现更好的计算资源优化。这些设备的计算资源有限,如手机、物联网设备或嵌入式系统。

  • 实时应用程序:在快速响应时间至关重要的场景中,如客户服务聊天机器人或实时翻译服务。这些模型可以通过 RAG 技术进一步增强,以提取客户数据。

  • 成本敏感的人工智能部署:当需要在保持可接受性能的同时将计算资源和基础设施成本降至最低时。

  • 专用任务:特定于领域的任务,其中较小的专用模型可以匹配或超过较大的通用模型的性能。

     

然而,在以下情况下,蒸馏模型可能不是最佳选择:
  • 需要广泛的知识:需要广泛的常识或跨多个领域的复杂推理的应用程序。

  • 准确性至关重要:在性能稍低就有害的情况下,一个可预测和准确的模型是必不可少的。例如,医疗诊断和财务分析需要高度的准确性。

  • 需要任务灵活性:当应用程序处理各种任务或需要频繁适应新要求时。

     

组织在决定是否在其数据中心实施蒸馏模型时,应仔细评估其具体要求、资源限制和性能需求。
PART-07
结论
模型蒸馏是一种有效的方法,可以创建更小、更高效的模型,这些模型可以部署在资源受限的环境中,同时在特定任务上保持良好的性能。当与量化技术相结合时,它提供了一种强大的方法,使大型语言模型对现实世界的应用程序更容易访问和实用。
虽然这些压缩模型可能会牺牲一些通用性,但它们为希望在不需要大量计算资源的情况下实现人工智能功能的组织提供了一种有价值的解决方案。
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