原文來(lái)源：機(jī)器之心

圖片來(lái)源：由無(wú)界 AI生成

本綜述深入探討了大型語(yǔ)言模型的資源高效化問(wèn)題。

近年來(lái),，大型語(yǔ)言模型（LLM）如 OpenAI 的 GPT-3 在人工智能領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展,。這些模型,，具有龐大的參數(shù)量（例如 1750 億個(gè)參數(shù)），在復(fù)雜度和能力上實(shí)現(xiàn)了飛躍,。隨著 LLM 的發(fā)展趨勢(shì)朝著不斷增大的模型規(guī)模前進(jìn),，這些模型在從智能聊天機(jī)器人到復(fù)雜數(shù)據(jù)分析，乃至于多領(lǐng)域研究中的應(yīng)用越發(fā)廣泛,。然而,，模型規(guī)模的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)帶來(lái)了巨大的資源需求，尤其是在計(jì)算,、能源和內(nèi)存等方面,。

這些資源的巨大需求使得訓(xùn)練或部署這樣龐大的模型成本高昂，尤其是在資源受限的環(huán)境（如學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室或醫(yī)療領(lǐng)域）中更是如此,。此外,，由于訓(xùn)練這些模型需要大量的 GPU 使用,，因此它們的環(huán)境影響也成為日益關(guān)注的問(wèn)題，尤其是在電力消耗和碳排放方面,。如何在資源有限的環(huán)境中有效部署和應(yīng)用這些模型成為了一個(gè)緊迫的問(wèn)題,。

來(lái)自 Emory University，University of Virginia 和 Penn State University 的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)全面梳理和分析了當(dāng)前 LLM 領(lǐng)域的最新研究,，系統(tǒng)地總結(jié)了提高模型資源效率的多種技術(shù),，并對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了深入探討。這些工作不僅涵蓋了 LLM 的全生命周期（預(yù)訓(xùn)練,、微調(diào),、提示等），還包括了多種資源優(yōu)化方法的分類(lèi)和比較,，以及對(duì)評(píng)估指標(biāo)和數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)化,。本綜述旨在為學(xué)者和實(shí)踐者提供一個(gè)清晰的指導(dǎo)框架，幫助他們?cè)谫Y源有限的環(huán)境中有效地開(kāi)發(fā)和部署大型語(yǔ)言模型,。

論文鏈接：https://arxiv.org/pdf/2401.00625

一,、引言

資源高效的 LLM 需要理解 LLM 生命周期中涉及的關(guān)鍵資源,。在這項(xiàng)綜述中，作者將這些資源系統(tǒng)地歸類(lèi)為五個(gè)主要類(lèi)別：計(jì)算,、內(nèi)存,、能源、資金和通信成本,。高效性在這里被定義為投入資源與產(chǎn)出的比例,，一個(gè)更高效的系統(tǒng)能夠在消耗更少資源的同時(shí)產(chǎn)生相同水平的輸出。因此,，一個(gè)資源高效的 LLM 旨在在所有這些維度上最大化性能和能力,，同時(shí)最小化資源開(kāi)銷(xiāo)，從而實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)和更易獲取的 AI 解決方案,。

資源效率在 LLM 中是一個(gè)至關(guān)重要且復(fù)雜的領(lǐng)域,，它需要?jiǎng)?chuàng)新的解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)顯著的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)一共包括五個(gè)層面：

• 模型層面：自回歸生成的低并行性導(dǎo)致了顯著的延遲問(wèn)題,，這在大型模型或長(zhǎng)輸入長(zhǎng)度下尤其突出,，影響訓(xùn)練和推理的高效處理。此外,，自注意力層的二次復(fù)雜性隨著輸入長(zhǎng)度的增加而顯著增加,，成為計(jì)算瓶頸。
• 理論層面：縮放法則和收益遞減指出,，隨著模型變大,，每增加一個(gè)參數(shù)所帶來(lái)的性能提升在減小,。此外，理論上關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)中的泛化和過(guò)擬合也對(duì) LLM 的資源效率提出了挑戰(zhàn),。
• 系統(tǒng)層面：考慮到 LLM 的龐大模型大小和訓(xùn)練數(shù)據(jù)集,，將它們?nèi)糠湃雴蝹€(gè) GPU/TPU 的內(nèi)存中變得不可行。因此,，為 LLM 優(yōu)化訓(xùn)練過(guò)程的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得至關(guān)重要,。
• 倫理層面：許多 LLM 依賴(lài)于大型且專(zhuān)有的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，這限制了提高效率的某些技術(shù)的應(yīng)用,。此外,，許多先進(jìn)的 LLM 是封閉源的，這意味著在缺乏對(duì)模型內(nèi)部工作的深入了解的情況下提高效率變得更加復(fù)雜,。
• 評(píng)價(jià)指標(biāo)層面：LLM 的多樣化和復(fù)雜性使得開(kāi)發(fā)全面的資源效率評(píng)價(jià)指標(biāo)面臨獨(dú)特挑戰(zhàn),。與優(yōu)化較小模型的一兩種資源相比，LLM 呈現(xiàn)出多目標(biāo)問(wèn)題,，要求在多個(gè)關(guān)鍵資源上同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn),，該綜述提供了以下貢獻(xiàn)：

• 資源高效 LLM 技術(shù)的全面概述：對(duì)增強(qiáng) LLM 資源效率的技術(shù)進(jìn)行了全面的概述,，涵蓋了 LLM 整個(gè)生命周期的各種方法和策略。
• 技術(shù)按資源類(lèi)型的系統(tǒng)分類(lèi)和分類(lèi)法：建立了一個(gè)系統(tǒng)的分類(lèi)和分類(lèi)法,，根據(jù)它們優(yōu)化的資源類(lèi)型對(duì)資源高效的 LLM 技術(shù)進(jìn)行組織,。
• 評(píng)估指標(biāo)和數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)化：提出了一套專(zhuān)門(mén)用于評(píng)估 LLM 資源效率的評(píng)估指標(biāo)和數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)化。
• 識(shí)別差距和未來(lái)研究方向：對(duì)當(dāng)前在創(chuàng)造資源高效 LLM 方面的瓶頸和未解決的挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入探討,，并指出了未來(lái)研究的潛在途徑,。

二、資源高效大型語(yǔ)言模型的全新分類(lèi)法

該綜述提出了一個(gè)全面的分類(lèi)法,，以系統(tǒng)地理解和優(yōu)化大型語(yǔ)言模型（LLM）中涉及的關(guān)鍵資源,。這個(gè)分類(lèi)法包括五個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：計(jì)算、內(nèi)存,、能源,、資金和網(wǎng)絡(luò)通信，每個(gè)領(lǐng)域都針對(duì)資源利用的不同方面：

1. 資源分類(lèi)

• 計(jì)算：涉及訓(xùn)練,、微調(diào)和執(zhí)行 LLM 所需的處理能力,。計(jì)算效率的評(píng)估包括考慮操作數(shù)量（如浮點(diǎn)操作）、算法效率和處理單元（如 GPU 或 TPU）的利用,。
• 內(nèi)存：內(nèi)存效率涉及所需的 RAM 和存儲(chǔ)量。尤其是擁有數(shù)十億參數(shù)的 LLM,，需要大量?jī)?nèi)存來(lái)存儲(chǔ)模型權(quán)重和處理大型數(shù)據(jù)集,。
• 能源：指模型生命周期中消耗的電力,。考慮到環(huán)境影響和運(yùn)營(yíng)成本,，能源效率至關(guān)重要,。這包括減少能耗的策略，如優(yōu)化硬件利用,、使用節(jié)能硬件等,。
• 資金：財(cái)務(wù)資源是一個(gè)關(guān)鍵考慮因素，尤其對(duì)于小型組織和研究者,。這包括硬件采購(gòu)成本,、運(yùn)行模型的電費(fèi)和潛在的云計(jì)算費(fèi)用。
• 網(wǎng)絡(luò)通信：在分布式訓(xùn)練和基于云的部署中,，網(wǎng)絡(luò)帶寬和延遲變得重要,。高效的網(wǎng)絡(luò)通信意味著減少在分布式系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間或云端與用戶之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，這對(duì)訓(xùn)練時(shí)間和實(shí)時(shí)應(yīng)用的響應(yīng)性有重大影響,。

2. 技術(shù)分類(lèi)

此外,，該綜述還引入了一個(gè)結(jié)構(gòu)化的分類(lèi)法，將提升 LLM 資源效率的技術(shù)分為明確,、定義清晰的層級(jí),。其中包括五個(gè)主要類(lèi)別：架構(gòu)設(shè)計(jì)、預(yù)訓(xùn)練,、微調(diào),、推理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每個(gè)類(lèi)別都在高效 LLM 開(kāi)發(fā)和部署的生命周期中扮演著不可或缺的角色,。

• 架構(gòu)設(shè)計(jì)：檢查 LLM 的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),，分為基于 Transformer 和非 Transformer 架構(gòu)。
• 預(yù)訓(xùn)練：審視 LLM 開(kāi)發(fā)的初步階段,，包括內(nèi)存效率和數(shù)據(jù)效率,。
• 微調(diào)：針對(duì)預(yù)訓(xùn)練模型的優(yōu)化，分為參數(shù)高效微調(diào)和全參數(shù)微調(diào),。
• 推理：在操作階段,，采用各種策略，如模型壓縮和動(dòng)態(tài)加速,。
• 系統(tǒng)設(shè)計(jì)：關(guān)注系統(tǒng)層面的考慮,，包括部署優(yōu)化和支持基礎(chǔ)設(shè)施等。

這個(gè)分類(lèi)法旨在提供對(duì)多樣化方法和策略的結(jié)構(gòu)化和細(xì)致理解,。這些方法和策略用于提升 LLM 的效率和加速,，為當(dāng)前研究領(lǐng)域提供了一個(gè)全面的視角。

三,、方法論

1. 大型語(yǔ)言模型架構(gòu)設(shè)計(jì)的新進(jìn)展

該綜述重點(diǎn)探討了大型語(yǔ)言模型（LLM）的兩大架構(gòu)設(shè)計(jì)方向：高效的 Transformer 結(jié)構(gòu)和非 Transformer 架構(gòu)。

• 高效的 Transformer 結(jié)構(gòu)：這一類(lèi)別包括了通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)優(yōu)化 Transformer 模型的架構(gòu),，旨在降低計(jì)算和內(nèi)存需求。例如,，Reformer 通過(guò)局部敏感哈希技術(shù)來(lái)改進(jìn)注意力機(jī)制,，而 Linear Transformer 則利用線性映射來(lái)減少計(jì)算復(fù)雜度。AFT 和 KDEFormer 等其他方法則通過(guò)不同方式實(shí)現(xiàn)時(shí)間和內(nèi)存效率的大幅提升,。
• 非 Transformer 架構(gòu)：這一類(lèi)別探索了替代 Transformer 的新型架構(gòu),。例如，模塊化網(wǎng)絡(luò)（MoE）技術(shù)通過(guò)結(jié)合多個(gè)專(zhuān)業(yè)化模型來(lái)處理復(fù)雜任務(wù),，Switch Transformer 和 GLaM 等則利用稀疏路由技術(shù)在增加模型參數(shù)的同時(shí)保持效率,。另外，像 RWKV 這樣的架構(gòu)則結(jié)合了 Transformer 的訓(xùn)練效率和 RNN 的推理效率,。

這些創(chuàng)新方向不僅優(yōu)化了 LLM 的資源效率,，也推動(dòng)了語(yǔ)言模型技術(shù)的整體發(fā)展,。

2. 大型語(yǔ)言模型預(yù)訓(xùn)練：效率與創(chuàng)新

該綜述探索了 GPT-4 等大型語(yǔ)言模型（LLM）的高效預(yù)訓(xùn)練策略,，這些策略不僅注重速度，還著眼于計(jì)算資源的最優(yōu)利用和創(chuàng)新的數(shù)據(jù)管理,。

• 內(nèi)存效率
• 分布式訓(xùn)練：將模型訓(xùn)練任務(wù)分配給多個(gè)節(jié)點(diǎn),，以加速訓(xùn)練過(guò)程。數(shù)據(jù)并行（DP）和模型并行（MP）是兩種主要的策略,。DP 通過(guò)將初始數(shù)據(jù)集分割并由多個(gè)加速器并行訓(xùn)練,，而 MP 則將模型的層或張量分布到多個(gè)加速器上。
• 混合精度訓(xùn)練：這種技術(shù)通過(guò)同時(shí)使用 16 位和 32 位浮點(diǎn)類(lèi)型來(lái)加速深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練,，特別適用于大型語(yǔ)言模型的訓(xùn)練,。
• 數(shù)據(jù)效率
• 重要性采樣：這種方法通過(guò)優(yōu)先處理信息豐富的訓(xùn)練實(shí)例來(lái)提高模型的數(shù)據(jù)效率。
• 數(shù)據(jù)增強(qiáng)：通過(guò)創(chuàng)建現(xiàn)有數(shù)據(jù)的修改副本,，使當(dāng)前數(shù)據(jù)得到充分利用,。
• 訓(xùn)練目標(biāo)：預(yù)訓(xùn)練目標(biāo)的選擇是決定數(shù)據(jù)效率的另一個(gè)因素。這通常涉及模型架構(gòu),、輸入 / 目標(biāo)構(gòu)建和遮蔽策略的設(shè)計(jì)。

通過(guò)這些策略,，綜述旨在展示如何以資源高效的方式預(yù)訓(xùn)練大型語(yǔ)言模型,，不僅加速了訓(xùn)練過(guò)程，還確保了先進(jìn) LLM 的可持續(xù)和成本效益發(fā)展,。

3. 大型語(yǔ)言模型微調(diào)：平衡性能與資源

該綜述探討了 GPT-4 等大型語(yǔ)言模型在特定任務(wù)上的微調(diào)策略,。這些策略旨在在實(shí)現(xiàn)任務(wù)特定性能和維持資源效率之間找到平衡點(diǎn),。

• 參數(shù)高效微調(diào)
• 基于遮蔽的微調(diào)：僅更新模型參數(shù)的子集，其他參數(shù)在反向傳播過(guò)程中被「凍結(jié)」或遮蔽,。
• 基于適配器的微調(diào)：在預(yù)訓(xùn)練模型的現(xiàn)有層之間插入額外的輕量級(jí)層（適配器）,。在微調(diào)期間，只更新這些適配器層的參數(shù),，而原始模型參數(shù)保持固定。
• 全參數(shù)微調(diào)：與參數(shù)高效微調(diào)不同,，全參數(shù)微調(diào)涉及修改所有參數(shù),。盡管訓(xùn)練成本更高,，但通?？梢垣@得比參數(shù)高效方法更好的性能。然而,，這種方法在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)集上可能并不總是有效,，且在訓(xùn)練成本和 GPU 內(nèi)存消耗方面也面臨挑戰(zhàn)。

通過(guò)這些策略，綜述旨在展示如何在保證大型語(yǔ)言模型性能優(yōu)化和資源限制之間達(dá)到平衡的微調(diào)方法,。

4. 大型語(yǔ)言模型推斷：追求效率與質(zhì)量

該綜述探討了如 GPT 系列的大型語(yǔ)言模型在推斷階段的優(yōu)化技術(shù),，重點(diǎn)是減少計(jì)算負(fù)載和內(nèi)存使用，同時(shí)保持高質(zhì)量輸出,。

• 模型壓縮
• 剪枝：通過(guò)移除模型中的特定參數(shù)來(lái)降低復(fù)雜度,。包括結(jié)構(gòu)化剪枝（針對(duì)整體結(jié)構(gòu)，如神經(jīng)元或通道）和非結(jié)構(gòu)化剪枝（針對(duì)單個(gè)權(quán)重或連接）。
• 量化：將模型中的浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為較少位數(shù)的表示（如整數(shù)）,，旨在減少模型存儲(chǔ)需求和加快計(jì)算速度,。
• 知識(shí)蒸餾：將大型模型的知識(shí)轉(zhuǎn)移到更緊湊的網(wǎng)絡(luò)中，以減少推斷延遲并增強(qiáng)特定任務(wù)解決能力,。
• 動(dòng)態(tài)加速
• 早期退出：根據(jù)某些標(biāo)準(zhǔn)提前終止模型的某些層的計(jì)算,，用于簡(jiǎn)化輸入樣本的處理。
• 輸入裁剪：動(dòng)態(tài)減少輸入序列長(zhǎng)度,，根據(jù)內(nèi)容來(lái)分配不同的計(jì)算資源給不同的輸入標(biāo)記,。
• 標(biāo)記并行：利用技術(shù)如推測(cè)執(zhí)行來(lái)并行生成多個(gè)標(biāo)記，而非傳統(tǒng)的順序方式,。

通過(guò)這些策略,，綜述旨在展示如何在實(shí)際應(yīng)用中高效部署大型語(yǔ)言模型，同時(shí)考慮資源限制和性能需求,。

5. 大型語(yǔ)言模型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)：優(yōu)化與應(yīng)用

該綜述探討了如 GPT 系列的大型語(yǔ)言模型在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的關(guān)鍵策略,，特別是在資源受限環(huán)境中的高效推斷。

• 部署優(yōu)化
• 硬件卸載：通過(guò)將臨時(shí)不需要的數(shù)據(jù)從快速加速器轉(zhuǎn)移到更慢但更大的主,、輔存儲(chǔ)（如 CPU 內(nèi)存和磁盤(pán)）中,，優(yōu)化大型 LLM 的運(yùn)行效率。有效的卸載策略對(duì)整體系統(tǒng)效率至關(guān)重要,。
• 協(xié)作推斷：多個(gè)用戶或系統(tǒng)合作完成 LLM 的推斷任務(wù),，每個(gè)參與者貢獻(xiàn)自己的資源，如計(jì)算能力或數(shù)據(jù),，以克服個(gè)體用戶或系統(tǒng)的限制,，實(shí)現(xiàn)更高效、準(zhǔn)確的推斷,。
• 支持基礎(chǔ)設(shè)施
• 庫(kù)：介紹了幾個(gè)著名的大型語(yǔ)言模型框架,，如 DeepSpeed、Megatron-LM,、Colossal-AI、Mesh-TensorFlow 和 GPT-NeoX,，它們?yōu)榇笠?guī)模分布式訓(xùn)練提供多級(jí)并行策略,。
• 邊緣設(shè)備：探索在邊緣設(shè)備上部署 LLM 的研究趨勢(shì)，這些設(shè)備通常具有有限的計(jì)算資源,。例如,，通過(guò)低秩適應(yīng)和噪聲對(duì)比估計(jì)等技術(shù)來(lái)降低 LLM 在邊緣設(shè)備上的內(nèi)存需求。
• 其他系統(tǒng)
• Tabi：提出了一個(gè)多級(jí)推斷引擎的推斷系統(tǒng),，通過(guò)使用多個(gè) DNN 處理任務(wù)中的異構(gòu)查詢(xún)來(lái)減少 LLM 的推斷延遲,。
• 近重復(fù)序列搜索：利用最小哈希技術(shù)來(lái)提高 LLM 的近重復(fù)序列搜索的效率和可擴(kuò)展性。

通過(guò)這些策略，綜述旨在展示大型語(yǔ)言模型在各種部署場(chǎng)景中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)效率和可擴(kuò)展性的最大化,。

四,、大型語(yǔ)言模型資源效率技術(shù)分類(lèi)總結(jié)

該綜述探討了應(yīng)用于大型語(yǔ)言模型（LLM）以提升其在不同資源上的效率的多種技術(shù)。這些資源包括計(jì)算,、內(nèi)存,、能源、財(cái)務(wù)成本和網(wǎng)絡(luò)通信,。每項(xiàng)技術(shù)在優(yōu)化 LLM 資源效率方面扮演著重要角色,。

計(jì)算效率

• 直接影響：包括具有近似和硬件感知注意力機(jī)制的變換器架構(gòu)，通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算密集的注意力計(jì)算來(lái)加速過(guò)程,；非結(jié)構(gòu)化,、結(jié)構(gòu)化和上下文剪枝，通過(guò)移除不重要的權(quán)重或神經(jīng)元來(lái)減少冗余計(jì)算,。
• 間接影響：數(shù)據(jù)并行和參數(shù)高效微調(diào),，通過(guò)分布式工作負(fù)載和減少參數(shù)更新分別間接提高計(jì)算效率。

內(nèi)存效率

• 直接影響：剪枝和量化通過(guò)減少模型大小來(lái)顯著節(jié)約內(nèi)存,；知識(shí)蒸餾通過(guò)訓(xùn)練較小的模型來(lái)模仿較大的模型,。
• 間接影響：分布式訓(xùn)練，如數(shù)據(jù)和模型并行,，有效管理多設(shè)備間的內(nèi)存使用,，減輕單個(gè)設(shè)備的負(fù)擔(dān)。

能源效率

• 直接影響：結(jié)構(gòu)化剪枝和量化通過(guò)減少操作數(shù)量和數(shù)據(jù)大小,，降低訓(xùn)練和推斷的能源消耗,；上下文剪枝通過(guò)最小化不必要的計(jì)算來(lái)節(jié)省能源。
• 間接影響：近似注意力機(jī)制等主要面向計(jì)算效率的技術(shù),，由于減少了計(jì)算負(fù)載,，間接促進(jìn)能源節(jié)省。

財(cái)務(wù)成本效率

間接影響：數(shù)據(jù)效率方法,，如優(yōu)化的訓(xùn)練目標(biāo)和數(shù)據(jù)增強(qiáng),，通過(guò)提高數(shù)據(jù)使用效果，可能縮短訓(xùn)練時(shí)間,，減少計(jì)算資源使用,；動(dòng)態(tài)推斷技術(shù)，如早期退出和輸入裁剪,，通過(guò)減少推斷階段的運(yùn)算需求,，降低整體部署成本。

網(wǎng)絡(luò)通信效率

• 直接影響：混合精度訓(xùn)練通過(guò)減少處理器間需要通信的數(shù)據(jù)大小,，直接影響數(shù)據(jù)傳輸效率,；權(quán)重量化通過(guò)最小化通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)負(fù)載,。
• 間接影響：協(xié)作推斷通過(guò)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和處理來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)通信效率。

通過(guò)這些策略,，該綜述旨在展示如何通過(guò)多種技術(shù)提高大型語(yǔ)言模型在各種資源上的效率,。詳細(xì)的技術(shù)與資源的對(duì)應(yīng)關(guān)系可見(jiàn)下表。

五、大型語(yǔ)言模型評(píng)估數(shù)據(jù)集和指標(biāo)

該綜述詳細(xì)分析了評(píng)估大型語(yǔ)言模型（LLM）資源效率的多元化指標(biāo),，這些指標(biāo)為全面理解 LLM 的資源效率提供了關(guān)鍵指導(dǎo),。

計(jì)算效率指標(biāo)

• FLOPs：浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)，量化計(jì)算效率,。
• 訓(xùn)練時(shí)間：訓(xùn)練 LLM 所需的總時(shí)間,，反映了模型復(fù)雜性。
• 推斷時(shí)間 / 延遲：LLM 生成輸出所需的時(shí)間,，關(guān)鍵評(píng)估實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)用性,。
• 吞吐量：LLM 處理請(qǐng)求的效率，以每秒生成的標(biāo)記或完成任務(wù)的速度衡量,。
• 加速比：與基準(zhǔn)模型相比推斷速度的改善程度,。
• 內(nèi)存效率指標(biāo)
• 參數(shù)數(shù)量：LLM 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中可調(diào)變量的數(shù)量。
• 模型大?。捍鎯?chǔ)整個(gè)模型所需的存儲(chǔ)空間,。

能源效率指標(biāo)

• 能源消耗：以瓦時(shí)或焦耳表示，反映 LLM 生命周期中的電力使用,。
• 碳排放：與模型能源使用相關(guān)的溫室氣體排放量,。

財(cái)務(wù)成本效率指標(biāo)

每參數(shù)成本：訓(xùn)練（或運(yùn)行）LLM 的總成本除以參數(shù)數(shù)量的比值。

網(wǎng)絡(luò)通信效率指標(biāo)

通信量：在特定 LLM 執(zhí)行或訓(xùn)練過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量,。

其他指標(biāo)

• 壓縮比：壓縮模型與原始模型大小的比例,。
• 忠誠(chéng)度和保真度：衡量教師和學(xué)生模型之間預(yù)測(cè)一致性和預(yù)測(cè)概率分布對(duì)齊程度。
• 魯棒性：衡量 LLM 對(duì)攻擊后性能和查詢(xún)次數(shù),。
• 帕累托最優(yōu)性：在不同競(jìng)爭(zhēng)因素間取得的最佳平衡,。

數(shù)據(jù)集和基準(zhǔn)測(cè)試

• Dynaboard：動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)，評(píng)估內(nèi)存使用,、吞吐量,、公平性和魯棒性等指標(biāo)。
• EfficientQA：聚焦建立準(zhǔn)確,、內(nèi)存高效的開(kāi)放領(lǐng)域問(wèn)答系統(tǒng),。
• SustaiNLP 2020：挑戰(zhàn)參與者開(kāi)發(fā)能源高效的 NLP 模型,。
• ELUE 和 VLUE：專(zhuān)注于評(píng)估 NLP 和視覺(jué)語(yǔ)言模型的效率和性能,。
• Long-Range Arena：專(zhuān)為評(píng)估長(zhǎng)內(nèi)容任務(wù)上高效 Transformer 模型而設(shè)計(jì),。
• Efficiency-aware MS MARCO：在 MS MARCO 信息檢索基準(zhǔn)測(cè)試中增加了效率指標(biāo)。

通過(guò)這些策略,，該綜述旨在提供一種全面評(píng)估大型語(yǔ)言模型資源效率的方法論,。

六、大型語(yǔ)言模型的未來(lái)挑戰(zhàn)和研究方向

隨著大型語(yǔ)言模型（LLM）領(lǐng)域的不斷進(jìn)步,，我們面臨著多種開(kāi)放性挑戰(zhàn),，這些挑戰(zhàn)為未來(lái)的研究方向提供了豐富的機(jī)遇。

處理資源類(lèi)型的沖突：不同優(yōu)化技術(shù)之間存在性能指標(biāo)的權(quán)衡,，如計(jì)算效率與模型參數(shù)數(shù)量的矛盾,。關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于開(kāi)發(fā)全面優(yōu)化策略，平衡計(jì)算效率,、參數(shù)計(jì)數(shù)和內(nèi)存使用等多個(gè)目標(biāo),。

資源效率技術(shù)的綜合：有效整合多種 LLM 優(yōu)化方法以增強(qiáng)總體資源效率是一個(gè)顯著挑戰(zhàn)。目前缺乏對(duì)這些方法如何協(xié)同作用的研究,，需要系統(tǒng)地結(jié)合不同策略,，以顯著提高模型效率。

標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一評(píng)估：當(dāng)前缺乏專(zhuān)門(mén)評(píng)估 LLM 資源效率的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn),。這導(dǎo)致無(wú)法全面一致地評(píng)估各種 LLM 在資源利用方面的表現(xiàn),，迫切需要專(zhuān)注于資源效率的標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)。

可解釋性和魯棒性：在追求效率的同時(shí),，也需關(guān)注 LLM 的可解釋性和魯棒性,。開(kāi)發(fā)既優(yōu)化資源使用又保持透明度和彈性的方法，確保這些模型在不同部署場(chǎng)景中可靠且易于理解,。

自動(dòng)化機(jī)器學(xué)習(xí)（AutoML）在資源高效 LLM 中的應(yīng)用：將 AutoML 集成到資源高效 LLM 的開(kāi)發(fā)中是一個(gè)新興領(lǐng)域,。通過(guò)應(yīng)用 Meta-Learning 和神經(jīng)架構(gòu)搜索（NAS），自動(dòng)化模型優(yōu)化的部分,，有望減少手動(dòng)超參數(shù)調(diào)整和定制模型設(shè)計(jì)的需求,。

邊緣計(jì)算中的 LLM：在邊緣計(jì)算環(huán)境中部署 LLM 面臨獨(dú)特挑戰(zhàn)，如設(shè)備的計(jì)算能力和內(nèi)存資源限制,。需要開(kāi)發(fā)既資源高效又考慮隱私問(wèn)題的 LLM 技術(shù),，以適應(yīng)邊緣計(jì)算場(chǎng)景。

理論洞察 LLM 的擴(kuò)展規(guī)律：深入理解 LLM 性能如何隨其規(guī)模和復(fù)雜性擴(kuò)展是一個(gè)關(guān)鍵且未被充分探索的領(lǐng)域,。這種理解對(duì)于開(kāi)發(fā)不僅專(zhuān)注于模型壓縮,，而是針對(duì)提高 LLM 整體資源效率的方法至關(guān)重要。

七,、結(jié)論

本綜述深入探討了大型語(yǔ)言模型（LLM）的資源效率問(wèn)題,，分析了當(dāng)前的研究成果和挑戰(zhàn)，并展望了未來(lái)的發(fā)展方向,。它還討論了 LLM 在計(jì)算,、內(nèi)存,、能源、財(cái)務(wù)成本和網(wǎng)絡(luò)通信等關(guān)鍵資源方面的高效技術(shù),，以及這些技術(shù)如何相互作用以提高整體效率,。通過(guò)對(duì)比各種技術(shù)，綜述揭示了它們?cè)诓煌瑧?yīng)用環(huán)境中的潛力和限制,。

作者還強(qiáng)調(diào)了在資源效率評(píng)估中建立標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系的重要性,。這不僅有助于更準(zhǔn)確地比較不同 LLM 的性能，也為進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。

最后,，綜述探討了 LLM 領(lǐng)域面臨的一系列開(kāi)放性挑戰(zhàn)和潛在的研究方向，包括管理資源類(lèi)型的沖突,、綜合資源效率技術(shù),、可解釋性和魯棒性、AutoML 的集成以及在邊緣計(jì)算環(huán)境中部署 LLM,。這些挑戰(zhàn)提供了未來(lái)研究的豐富機(jī)遇,，對(duì)于推動(dòng) LLM 向更高效、更可靠和更可持續(xù)的方向發(fā)展至關(guān)重要,。

本綜述為理解和優(yōu)化 LLM 的資源效率提供了全面的視角,，為未來(lái)在這一重要領(lǐng)域的研究提供了指導(dǎo)和靈感。