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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

    , o, d, Q" E  G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。6 `& c1 v! r# Q& v. z+ p% g
    & I" c7 X; R0 D1 O1 K
    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。: e! k# e" ]/ u/ `

    * o- g4 n/ X5 k  B9 n1 j7 u让我们深入了解一下BitNet b1.58的技术细节:
    / g7 {/ `5 O& a$ ]0 y3 x" d! |& y) E$ r
    1. 三值权重量化:3 J. j+ o9 E  Z5 g  S+ ?+ Y
    BitNet 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。
    . h% y' u+ y% ~% Y9 f3 @* A# O
    $ n+ o! \% e: S- t1 t% T2. 矩阵乘法优化:$ W+ E& R" e0 T
    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。
    " _) u; _) b* h4 @3 A# q" E6 }9 A5 i2 X2 ?+ S# c6 {% L9 j9 Q7 {5 q
    3. 激活函数调整:7 l# c0 F! p1 h' g4 i/ w1 I7 ^1 l
    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。
    - T% y3 i/ b' G  F
    2 N, i1 ^/ V/ @$ J* `4. 端到端训练:0 q  v. g0 V( A7 K+ f1 u3 D
    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。
    ! q6 X4 L! h/ H1 A4 Z1 X2 a: w
    ! g: V) F& E, Q: J6 C5. 缩放因子:7 A6 l, l& b4 h/ K, T1 U9 n( q
    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。3 X! Q' i' }$ |0 P4 U
    " }  C2 }! _. }' A* y
    在性能方面,BitNet b1.58展现出了令人惊讶的结果:
    " m) c+ l5 _' z3 A1 B/ O/ l$ s; ^4 Y( y
    1. 模型规模扩展性:
    " U* ?! V, ^5 A% N3 m; 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。
    + z- X9 }2 J- d9 y3 w2 s
    ( `; F8 G5 ~4 |2. 推理速度:- ?# v' |" @- m5 e) D
    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。
    % Y( v: n  b3 u( K8 k
    ( K5 s% J2 k0 a) @8 B( ~3. 内存效率:9 ?" K2 B* I5 J& y
    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。# v% y8 r/ P1 q9 L6 {5 y8 P
    ! u* K% L" ^5 J' J( X" a
    4. 能耗优化:
    / z) T1 i9 B& {" 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。
    & v( J/ y2 b% X) @2 m
    - [' W, M* m, Q; u0 X) ZBitNet 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:; o$ u; A6 k5 f) k  K
    9 n1 _7 O( q& E; @2 h6 Y
    1. 专用处理器:
    : G4 I) o5 i0 i( ]# W: I( ]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。6 u" l9 g& q2 r6 v/ H4 @" n

    : ?3 q: t; c1 G+ v! A. _- u2. FPGA实现:
    6 i6 G( ~! \8 Q2 ~7 t# \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。' i9 Q5 @! d/ V; O4 t3 Z6 A

    ' A/ ~# U$ X6 R; N5 Y0 I; }7 M3. 边缘计算:
    + W& K; k7 {9 a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。$ x  D1 o1 ~$ g( {- u8 `

    4 X6 c, A9 n! i7 k$ q! ?- z此外,BitNet b1.58还为一些特殊应用场景提供了新的可能性:# t& @3 [2 `2 m2 C
    ' u0 Q0 v' `2 u! v. q9 O
    1. 隐私保护推理:9 m% {4 ?. s4 b( \
    BitNet 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。
    $ h# |% u  [+ w; L6 ^& k, O+ T7 [$ G1 O3 Q+ M
    2. 量子计算兼容:
    1 ^) A; Q) p* j3 H! _- g, a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。
    1 @+ P" Q  ~" _  k+ t( F+ ?# [) A$ N, s
    $ ?# G+ K  G" I& x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:
    - L* S7 @0 s" u" i) y
    4 R, T+ ?2 p2 F+ q/ O; F3 Y& ]1. 训练复杂性:
    2 l6 R, _  Y  j+ A5 z4 \- V+ o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。. _  W6 ~5 S3 l! F# `6 N
    . q9 Z( O. s. v1 s& u. f6 R
    2. 特定任务适应性:% J( \  M+ ~5 [  I- P
    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。
    : f7 ]" e' s0 N, t: j7 \8 u
    / c$ N3 z+ P3 @$ a7 m+ o3. 硬件生态:& i3 v" Q) Y) O  |2 w6 [6 D
    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。
    : m  R+ x2 G' C* x5 r
    4 r. [& [2 R2 U1 F! z- U9 ZBitNet 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。
    % y2 n5 ], W5 M/ N
    ; g4 L# q9 D" k7 I4 F* {+ E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。”) i$ m3 V7 q% |) o2 c4 G: }  k
    --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。& I( g( b/ b; r$ I" K
    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。
    ! v! L7 l0 R: V% C/ d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。
    $ y3 \' M- g* F' ]  |6 ]% i$ h& n7 k
    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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