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GPU推理提速4倍,256K上下文全球最长:无问芯穹刷新大模型优化记录
GPU推理提速4倍,256K上下文全球最长:无问芯穹刷新大模型优化记录
AI行业动态
10个月前发布
ainavi
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想用大模型赚钱?这个实力强劲的新面孔决定先把推理成本打下来。
大模型业务到底多烧钱?前段时间,华尔街日报的一则报道给出了参考答案。
报道显示,微软的 GitHub Copilot 业务(背后由 OpenAI 的 GPT 大模型支撑)虽然每月收费 10 美元,但平均还是要为每个用户倒贴 20 美元。可见当前 AI 服务提供商们正面临着严峻的经济账挑战 —— 这些服务不仅构建成本高昂,运营成本也非常高。
有人比喻说:「使用 AI 总结电子邮件,就像是让兰博基尼送披萨外卖。」
对此,OpenAI 算过一笔更详细的账:当上下文长度为 8K 时,每 1K 输入 token 的成本为 3 美分,输出的成本为 6 美分。目前,OpenAI 拥有 1.8 亿用户,每天收到的
查询
数量超过 1000 万次。这样算来,为了运营 ChatGPT 这样的模型,OpenAI 每天都需要在必要的计算硬件上投入大约 700 万美元,可以说是贵得吓人。
降低 LLM 的推理成本势在必行,而提升推理速度成为一条行之有效的关键路径。
实际上,研究社区已经提出了不少用于加速 LLM 推理任务的技术,包括 DeepSpeed、FlexGen、vLLM、OpenPPL、FlashDecoding 和 TensorRT-LLM 等。这些技术自然也各有优势和短板。其中,
FlashDecoding
是 FlashAttention 作者、斯坦福大学团队的 Tri Dao 等人在上个月提出的一种 state-of-the-art 方法,它通过并行加载数据,大幅提升了 LLM 的推理速度,被认为极具潜力。但与此同时,它也引入了一些不必要的计算开销,因此依然存在很大的优化空间。
为了进一步解决问题,近日,
来自无问
芯穹(Infinigence-AI)、
清华大学
和上海交通大学的联合团队提出了一种新方法 FlashDecoding++,不仅能带来比之前方法更强的加速能力(可以将 GPU 推理提速 2-4 倍),更重要的是还同时支持 NVIDIA 和
AMD
的 GPU!它的核心思想是通过异步方法实现注意力计算的真正并行,并针对「矮胖」矩阵乘优化加速 Decode 阶段的计算。
论文地址:https://arxiv.org/pdf/2311.01282.pdf
将 GPU 推理提速 2-4 倍,
FlashDecoding++ 是怎么做到的?
LLM 推理任务一般为输入一段文字(token),通过 LLM 模型计算继续生成文字或其他形式的内容。
LLM 的推理计算可被分为 Prefill 和 Decode 两个阶段,其中 Prefill 阶段通过理解输入文字,生成第一个 token;Decode 阶段则顺序输出后续 token。在两个阶段,LLM 推理的计算可被分为注意力计算和矩阵乘计算两个主要部分。
对于注意力计算,现有工作如 FlashDecoding 切分注意力计算中的 softmax 算子实现并行加载数据。这一方法由于需要在不同部分 softmax 同步最大值,在注意力计算中引入了 20% 的计算开销。而对于矩阵乘计算,在 Decode 阶段,左乘矩阵多表现为「矮胖」矩阵,即其行数一般不大(如 <=8),现有 LLM
推理引擎
通过补 0 将行数扩充到 64 从而利用 Tensor Core 等架构加速,从而导致大量的无效计算(乘 0)。
为解决上述问题,
「FlashDecoding++」的核心思想在于,通过异步方法实现注意力计算的真正并行,并针对「矮胖」矩阵乘优化加速 Decode 阶段的计算。
异步并行部分 softmax 计算
图 1 异步并行部分 softmax 计算
先前工作对每个部分 softmax 计算求输入最大值作为缩放系数,避免 softmax 计算中 e 指数的溢出,这就导致了不同部分 softmax 计算的同步开销(图 1 (a)(b))。
图 2 softmax 输入值统计分布
「FlashDecoding++」指出,对于大部分 LLM,其 softmax 的输入分布较为集中。如图 2 所示,Llama2-7B 的 softmax 输入 99.99% 以上集中在 [-16.8, 6.5] 这个区间。因此,「FlashDecoding++」提出在部分 softmax 计算时使用一个固定的最大值(图 1 (c)),从而避免了不同部分 softmax 计算间的频繁同步。而当小概率发生的输入超出给定范围时,「FlashDecoding++」对这一部分的 softmax 计算退化为原先的计算方法。
「矮胖」矩阵乘的优化
图 3 「矮胖」矩阵乘切分与双缓存机制
由于 Decode 阶段的输入为一个或几个 token 向量,因此该阶段的矩阵乘表现为「矮胖」形状。以矩阵 A×B=C 为例,A 与 B 矩阵的形状为 M×K 与 K×N,「矮胖」矩阵乘即 M 较小的情况。「FlashDecoding++」指出「矮胖」矩阵乘一般缓存受限,并提出双缓存机制等优化手段进行加速(图 3)。
图 4 自适应矩阵乘实现
此外,「FlashDecoding++」进一步指出,在 LLM 推理阶段,针对特定模型,N 和 K 的取值固定。因此,「FlashDecoding++」会根据 M 的大小,自适应选取矩阵乘的最优实现。
将 GPU 推理提速 2-4 倍
图 5 「FlashDecoding++」NVIDIA 与
AMD
平台 LLM 推理(Llama2-7B模型,batchsize=1)
目前,「FlashDecoding++」可以实现 NVIDIA 与
AMD
等多款 GPU 后端的 LLM 推理加速(图 5)。通过加速 Prefill 阶段的首 token 生成速度,以及 Decode 阶段每个 token 的生成速度,「FlashDecoding++」可以在长、短文本的生成上均取得加速效果。
相较于 FlashDecoding,「FlashDecoding++」在 NVIDIA A100 上的推理平均加速 37%,并在 NVIDIA 和
AMD
的多 GPU 后端上相较于 Hugging Face 实现加速多达 2-4 倍。
AI 大模型创业新秀:无问芯穹
该研究的三位共同一作分别是
无问芯穹
首席科学家、上海交通大学副教授戴国浩博士,无问芯穹研究实习生、
清华大学
硕士生洪可,无问芯穹研究实习生、上海交通大学博士生许珈铭。通讯作者为上海交通大学戴国浩教授和
清华大学
电子工程系主任
汪玉
教授。
创立于 2023 年 5 月的无问芯穹,目标是打造大模型软硬件一体化最佳解决方案,目前 FlashDecoding++ 已被集成于无问芯穹的大模型计算引擎「
Infini-ACC
」中。在「Infini-ACC」的支持下,无问芯穹正在开发一系列大模型软硬件一体化的解决方案,其中包含
大模型「无穹天权(Infini-Megrez)」
、
软硬件一体机
等。
据了解,「Infini-Megrez」在处理长文本方面表现非常出色,将可处理的文本长度破纪录地提升到了
256k token
,实测处理大约 40 万字的一整本《三体 3:死神永生》也不成问题。这是
当前的大模型所能处理的最长文本长度
。
此外,「Infini-Megrez」大模型在 CEval (中)、MMLU (英)、CMMLU (中)、AGIEval 等数据集上均取得了第一梯队算法性能,并依托「Infini-ACC」计算引擎持续进化中。
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