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[科技前沿] 三进制计算机在AI领域的探索

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  • TA的每日心情
    开心
    2020-4-8 10:45
  • 签到天数: 227 天

    [LV.7]分神

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    楼主
     楼主| 发表于 2024-8-11 21:06:52 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

    , Q2 F1 f9 y! t, Y# y在计算机科学的发展历程中,进制的选择一直是一个有趣的话题。20世纪50年代末,前苏联科学家尼古拉·布鲁斯恩佐夫设计了世界上第一台三进制计算机"Setun"。虽然三进制在表示正负数和信息密度方面有一些理论优势,但最终二进制凭借其在硬件实现上的简单性和可靠性成为了主流。
    8 W4 g' z! Y1 g, U9 F1 p
    / T; W: z1 Z1 ?$ L" U& U4 t有趣的是,近期微软亚洲研究院提出的BitNet b1.58模型,在某种程度上让我们重新审视了三值逻辑在计算中的应用。这个创新性的1-bit大型语言模型(LLM)通过将权重参数限制在-1、0、1这三个值上,在保持模型性能的同时,大幅提升了计算效率和硬件适应性。
    ( O/ k5 ~4 y" ~! f9 K% E2 ]/ @; i* q' g1 l7 P4 H
    让我们深入了解一下BitNet b1.58的技术细节:& W% ^% K: c! t8 Q# i" ?. `: y

    ' M$ B5 p: b: t& v- Q- D$ E' ^1. 三值权重量化:
    $ {" M+ P* g2 K$ A" gBitNet b1.58的核心在于其独特的权重量化方法。传统LLM使用32位或16位浮点数表示权重,而BitNet b1.58将权重限制在三个离散值。这种量化不仅大幅减少了存储需求,还简化了计算过程。
    - W4 a3 _& n1 `* ]* E9 O1 z3 b
    2. 矩阵乘法优化:9 B* E7 o  q% d6 B: r
    在神经网络中,矩阵乘法是最核心的运算之一。BitNet b1.58通过三值权重巧妙地将浮点数乘法转化为整数加减法。例如,当权重为-1时执行减法,为1时执行加法,为0时跳过计算。这种优化使得模型可以在不支持高效浮点运算的硬件上高效运行。9 V: a# h" P3 C7 v7 |, `7 }
    ; h4 ?/ Q8 z. r- L1 c* x
    3. 激活函数调整:8 \3 O5 w$ u* Z  m
    为了适应三值权重,BitNet b1.58对激活函数进行了相应的调整。这确保了信息在网络中的有效传播,同时保持了模型的表达能力。
    6 a0 M" ]/ N2 Y/ y8 P8 E3 a2 l0 g( H9 @9 ^
    4. 端到端训练:
    ' @  \; p/ R9 H- t0 U- M/ V# W9 W与其他一些量化方法不同,BitNet b1.58采用了端到端的训练方式。这意味着模型直接在三值权重的基础上进行训练,而不是先训练全精度模型再量化。这种方法使得模型能够更好地适应三值表示,从而获得更好的性能。
    ! f: F4 z( s% K( i1 c- a
    9 B: @" n: D$ A9 s5. 缩放因子:
    / N7 u9 F7 T0 x! L( B% C为了增加模型的表达能力,BitNet b1.58引入了缩放因子。这些因子是可学习的参数,用于调整三值权重的幅度,使模型能够更精确地拟合复杂函数。
    8 n9 R/ N4 f" V$ P
    9 o6 s8 d' l/ j+ f' {" f在性能方面,BitNet b1.58展现出了令人惊讶的结果:
    0 M0 t' H; q/ y1 \! j
    ( G$ W/ X) P7 z8 X. O) g. J5 C) G1. 模型规模扩展性:
    , j$ _$ A3 g* C4 f在30亿参数规模下,BitNet b1.58的困惑度(衡量语言模型质量的指标)与全精度基线相当。更令人兴奋的是,随着模型规模增加到70亿参数,BitNet b1.58的性能优势变得更加明显。
    ' k) F; U  T+ |4 u/ M
    ; u9 k" k6 B0 C6 N5 ~$ K5 U# P! r2. 推理速度:
    3 X) ?: C) A* ?. G1 ^在70亿参数规模下,BitNet b1.58的处理速度比传统LLM快了4.1倍。这种速度提升在实时应用场景中尤为重要。, g9 }  H, `' J; \& o6 x

    * X. w8 \, `. |3. 内存效率:
    5 S5 D) m. L; x同样在70亿参数规模下,BitNet b1.58的内存消耗减少了7.16倍。这大大降低了部署大规模模型的硬件门槛。
    . K& M& m. B9 ~) G, S2 k
    2 N$ X) ~* F8 c$ C4. 能耗优化:
    : n0 v! B' j" R2 i; }1 h) b在7nm工艺的芯片上,BitNet b1.58比传统的FP16 LLM节省了71.4倍的能耗。这不仅降低了运营成本,也有利于减少碳排放。' Z8 \0 c  T! v/ l) n6 N. c8 a

    0 [" J4 O$ N( \+ C) b# [' UBitNet b1.58的创新不仅限于模型本身,它还为AI硬件设计开辟了新的方向:9 F/ y" t- g# F( U; I

    8 E9 i+ l, n/ }/ Z; _/ G5 F; g8 t1. 专用处理器:# }2 y" f; t# s
    BitNet b1.58的简化计算特性为设计专用的低精度处理器(LPU)提供了可能。这些处理器可能比传统GPU更小、更高效、更便宜。
    5 w. L. ^/ y: M6 B& @, Q5 f, ?3 {
    , h6 r1 J( g6 p2. FPGA实现:# r* ]$ |4 Q( O3 J
    BitNet b1.58的特性使得它非常适合在FPGA上实现。FPGA的可重构性和并行处理能力可以充分发挥BitNet b1.58的优势。
    5 q) g. F( \8 Z* _
    3 A# q* u' _+ }3. 边缘计算:
    8 X7 F: r3 V, S7 z由于其低资源需求,BitNet b1.58为在边缘设备上部署复杂AI模型提供了可能性,这对物联网和实时处理应用来说是一个重大突破。( P# C( S% }: I- c! [- j# v
    6 D2 g; v" H2 \' z
    此外,BitNet b1.58还为一些特殊应用场景提供了新的可能性:, i0 K& _+ b* n7 T' d3 g7 F3 i. `
    ) Z- D1 d( r- K) }  {
    1. 隐私保护推理:
    ) T3 _, P, Y$ R2 x- z+ x* E, qBitNet b1.58的简化计算使得它更容易与半同态加密技术结合,具备了能够实现隐私保护下的AI推理可能。% Q4 v% G- K* t6 M' [- |9 o
    ( A8 t: p; ^+ b! x( f  S' b
    2. 量子计算兼容:
    7 p( q! q9 A5 j/ P8 \; G! l三值逻辑与某些量子计算模型有相似之处,这可能为未来量子-经典混合计算系统中的神经网络设计提供启发。$ m6 E5 ]2 Q! m) [. u

    - Z4 I/ O- _' ~7 O1 `% ^尽管BitNet b1.58展现出了巨大潜力,我们也要认识到它仍处于研究阶段,面临一些挑战:
    # Z% x1 u: r/ s: F9 q1 `; z
    8 g& q$ V" ]8 [$ w1. 训练复杂性:' y/ G2 E; c0 }8 V
    直接训练三值权重模型可能比训练全精度模型更具挑战性,需要更复杂的优化算法。' H  D7 X- \4 D

    " ^- Q- ^  X  @# U4 K2. 特定任务适应性:
    : D+ s4 Z4 S9 |& Q: \$ C) V( a虽然在语言建模任务上表现出色,但在其他AI任务上的效果还需进一步验证。% g1 E/ g  o9 I, N
    ! ]; L- A# j. L) Y' z' h$ O
    3. 硬件生态:2 {9 r8 E" \! t( B$ ^
    充分发挥BitNet b1.58优势的专用硬件还未出现,这个生态可能是未来最致命的一环。
    " E" b* q' D; b7 D5 ^% q( \) t1 _6 S( f* Z( r
    BitNet b1.58为我们展示了AI模型优化的一个新方向。它让我们重新思考了计算精度与模型性能之间的权衡,也为未来更高效、更普及的AI应用铺平了道路。就像当年的三进制计算机启发了人们对计算模式的思考一样,BitNet b1.58可能会激发更多关于AI硬件和算法设计的创新想法。" |9 F0 [0 k! b" |6 [

    2 l4 w8 Z5 d. R3 F原文链接

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  • TA的每日心情
    慵懒
    2022-8-27 22:14
  • 签到天数: 351 天

    [LV.8]合体

    沙发
    发表于 2024-8-12 22:39:56 | 只看该作者
    “4. 能耗优化:在7nm工艺的芯片上,BitNet b1.58比传统的FP16 LLM节省了71.4倍的能耗。”1 w0 X- ~9 f+ C+ W8 L1 a5 P, z$ G0 B
    --这个“节省了71.4倍的能耗”的写法好少见,一时没弄明白这个比例关系。
    0 D7 s. k4 y" `/ _6 n去看了下,原文就是这个写法。看配图,应该是指:FP16 LLM花费的能耗,是BitNet b1.58的71.4倍。9 h" G+ ?( w0 H4 Z5 q1 t4 _
    这个太恐怖了,如果量产了相关的芯片,形成生态圈,那美帝在AI方面的电力短缺就没问题了。
      o4 E: X; ?0 C& V: r, X1 K, O! ]8 i, B. {' O/ e4 i. y# {7 E
    不过,建立这个三进制计算机的生态圈,实在是太烧钱了。美帝在AI方面是领先的,我看美帝不会有兴趣烧钱去另搞一套了。

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    该用户从未签到

    板凳
    发表于 2024-8-13 14:21:08 | 只看该作者
    三进制计算机 苏联是不是搞个这玩意?
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