2026/2/21 7:18:18
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简单来说#xff0c;推理就是给定一个输入#xff08;比如一段文字指令#xff09;#xff0c;让训练完成的大模型通过前向计算#xff0c;输出符合预期结果的过程。这个过程和模型…一、 大模型推理的基本概念先明确一个核心问题什么是大模型推理简单来说推理就是给定一个输入比如一段文字指令让训练完成的大模型通过前向计算输出符合预期结果的过程。这个过程和模型训练有着本质区别训练是双向计算不仅要做前向计算得到预测结果还要通过反向传播计算梯度不断更新模型参数目的是让模型“记住”数据中的规律和知识。推理是单向计算只进行前向传播模型参数是固定不变的目的是用已有的参数快速、准确地对新输入做出响应。举个形象的例子训练就像学生在课堂上听课、做习题、记知识点推理就像学生走进考场用记住的知识点答题——考场里不能翻书参数固定只能靠已有的储备解题而且还要追求答题速度低延迟和正确率高精度。大模型推理的核心目标很明确在保证输出结果质量的前提下最大化推理速度、最小化资源消耗。这两个目标直接决定了一个大模型应用的用户体验和部署成本。二、 大模型推理的核心流程大模型推理的流程并不复杂我们以最常见的Transformer架构模型为例拆解成四个关键步骤循序渐进理解1. 输入处理把自然语言转成模型能懂的“语言”模型无法直接理解人类的自然语言第一步要做的就是输入编码分为两个子步骤分词Tokenization把输入的文本拆分成一个个模型预训练时约定好的“最小单位”也就是Token。比如“大模型推理很有趣”可能会被拆成“大模型”“推理”“很”“有趣”这几个Token具体拆分规则由模型的分词器决定。向量化把每个Token转换成对应的向量Embedding。这个向量是模型预训练阶段就学习好的每个Token都有唯一的向量表示这样模型才能对输入进行后续的数学计算。2. 前向计算模型的“思考”过程这是推理的核心环节也是计算量最大的一步。以Transformer的Decoder-only架构比如GPT系列为例输入向量会依次经过多层Transformer Block的计算每一层Block又包含两个核心模块多头注意力机制这是模型的“理解核心”它会计算输入Token之间的关联关系。比如输入“帮我写一篇关于大模型推理的短文”注意力机制会让模型关注“大模型推理”这个核心关键词忽略无关冗余信息。前馈神经网络FFN在注意力机制的基础上对向量进行进一步的线性变换和非线性激活让模型学习更复杂的特征。需要注意的是前向计算的过程是逐层递进的输入向量会从第一层Transformer Block流到最后一层每一层的输出都会作为下一层的输入最终得到一个隐藏状态向量。3. 输出解码把模型的“思考结果”转成自然语言经过前向计算得到的隐藏状态向量依然是模型能懂的“机器语言”需要通过解码转换成人类能理解的文本常见的解码策略有两种贪心解码每一步都选择概率最高的Token作为输出优点是速度快缺点是容易生成重复、单调的文本。束搜索Beam Search每一步会保留概率最高的k个候选Tokenk就是束宽最终从这些候选中选出最优的序列优点是生成的文本质量更高缺点是计算量比贪心解码大。4. 后处理让输出更“干净”解码得到的Token序列还需要做一些收尾工作比如去掉特殊Token比如分隔符、结束符、修正语法错误、格式化输出格式比如把列表型的输出整理成有序列表最终得到符合用户需求的结果。三、 大模型推理的核心挑战为什么大模型推理需要专门的技术优化因为它面临着三个绕不开的核心挑战1. 计算量巨大Transformer架构的计算复杂度和三个因素成正比模型层数L、隐藏层维度d、输入输出的Token数n。对于千亿参数的大模型来说一次简单的对话推理可能就要进行数万亿次的浮点运算普通的硬件根本无法承载。2. 内存瓶颈突出大模型的参数数量是天文数字比如一个千亿参数的模型若用FP3232位浮点型存储单模型就需要约400GB的内存1个FP32参数占4字节1000亿×4字节4000亿字节≈400GB。而推理过程中除了要存储模型参数还要存储中间计算结果比如每一层的隐藏状态、注意力的Key和Value这进一步加剧了内存压力。3. 延迟与吞吐量的平衡难题不同的应用场景对推理的要求截然不同实时场景比如智能客服、语音助手要求低延迟用户输入后要在几百毫秒内得到响应这时候就需要牺牲一定的吞吐量优先保证单条请求的处理速度。批量场景比如文档批量总结、数据批量处理要求高吞吐量希望在单位时间内处理更多的请求这时候可以通过批量处理来提升效率但会增加单条请求的延迟。如何在延迟和吞吐量之间找到最优解是推理优化的核心命题。四、 大模型推理的关键优化技术针对上述挑战业界已经形成了一套从模型到工程的全链路优化方案我们可以把这些技术分成三大类1. 模型层面优化让模型“变小变轻”这类优化的核心思路是在尽量不损失模型性能的前提下减少模型的参数数量或计算量。量化这是最常用的优化手段。它的原理是把模型参数的存储精度从高到低转换比如从FP32降到INT88位整型、甚至INT4。以INT8为例参数存储体积直接减少为原来的1/4计算量也大幅降低同时内存占用也会显著减少。目前主流的推理框架都支持量化而且很多场景下量化后的模型性能下降几乎可以忽略。蒸馏可以理解为“大模型教小模型”。用一个性能强大的大模型作为“教师模型”一个体量较小的模型作为“学生模型”让学生模型学习教师模型的输出分布最终得到一个性能接近大模型、但体积和计算量小得多的模型。剪枝模型中存在很多“冗余参数”这些参数对模型输出的贡献很小。剪枝就是把这些冗余参数去掉比如去掉权重接近0的参数从而减少模型的参数数量和计算量。2. 计算层面优化让硬件“物尽其用”这类优化的核心是提升硬件的计算效率让硬件的算力得到充分发挥。算子融合Transformer模型的前向计算包含大量的小算子比如矩阵乘法、激活函数、归一化这些小算子的调度会带来额外的开销。算子融合就是把多个相关的小算子合并成一个大算子减少调度次数提升计算效率。并行推理这是应对超大模型推理的核心手段主要分为三种张量并行把模型的同一层参数拆分到多个GPU上每个GPU负责一部分参数的计算最后汇总结果。适合解决单GPU内存不足的问题。流水线并行把模型的不同层拆分到多个GPU上输入数据像流水线一样依次经过各个GPU的计算提升计算的并行度。数据并行把多个输入请求分配到不同的GPU上每个GPU运行完整的模型同时处理不同的请求提升吞吐量。3. 工程层面优化让推理“更省更快”这类优化更偏向工程实践是落地过程中不可或缺的环节。KV Cache优化在生成式大模型的推理中每生成一个新的Token都需要用到之前所有Token的Key和Value向量。如果每次都重新计算这些向量会造成大量的重复计算。KV Cache的思路是把已经计算过的Key和Value向量缓存起来后续生成Token时直接调用从而大幅减少计算量。目前主流的推理框架比如vLLM还引入了PagedAttention技术进一步提升KV Cache的内存利用率。批处理优化合理设置批处理大小Batch Size让硬件在单位时间内处理更多的请求。比如在批量总结文档时把多个文档打包成一个批次进行推理能显著提升吞吐量。但批处理大小也不是越大越好超过硬件的承载能力反而会导致内存溢出。五、 主流推理框架简介想要快速落地大模型推理不需要从零开始写代码借助成熟的推理框架就能事半功倍。目前主流的推理框架有这几个TensorRTNVIDIA推出的高性能推理框架支持量化、算子融合等多种优化手段对NVIDIA GPU的适配性最好能显著提升推理速度。vLLM主打高吞吐量的开源推理框架核心亮点是PagedAttention技术能高效管理KV Cache在大批次请求下的表现尤为出色。Text Generation InferenceTGIHugging Face推出的推理框架专门针对生成式大模型优化支持多种解码策略和并行推理集成简单易于部署。总结大模型推理不是简单的“跑模型”而是一个涉及模型、计算、工程的系统性工作。从输入编码到输出解码的核心流程到计算量、内存、延迟的三大挑战再到量化、并行、KV Cache的优化技术每一个环节都决定着推理的效率和成本。随着技术的发展大模型推理的门槛正在不断降低——量化精度越来越高并行策略越来越智能框架工具越来越易用。未来推理技术会朝着“更低成本、更高效率、更广适配”的方向发展让大模型真正走进千行百业的每一个角落。