大模型的“成本瘦身”運動

　　數(shù)據(jù)大、參數(shù)量大、算力大，大模型的某些能力才會“涌現(xiàn)”，這一點在科技圈廣為流傳。

　　做大模型的主流思想是:不要輕易說模型“不行”，如果“它還沒行”，那就做得更大一點。

　　所以，不到一年的時間，大模型的參數(shù)規(guī)模增長100倍，如今已經(jīng)突破了萬億級別，資源消耗量巨大，也帶來了越來越高的存儲成本、推理成本、運維成本、落地成本……以及社會成本。

　　目前，大模型仍處于商業(yè)化的黎明，如何回收大模型的投入，還存在很多未知數(shù)與不確定，而大模型一直在變大，成了一門極其燒錢的生意，背靠微軟的Open AI，2022年就虧損了5.4億美元左右。

　　不斷膨脹的成本，就是一張張真金白銀的賬單，壓在大模型企業(yè)身上的一根根“稻草”。Anthropic的首席執(zhí)行官Dario Amodei最近預(yù)測，在未來兩年內(nèi)，他們的模型成本將達到100億美元。

　　除了企業(yè)自身，社會也同樣在承擔(dān)大模型的隱形成本。谷歌就曾報告稱，訓(xùn)練 PaLM 在大約兩個月內(nèi)耗費了大約3.4千瓦時的電量，相當(dāng)于300個家庭每年的能源消耗總量。大模型高能耗給環(huán)境帶來的負(fù)擔(dān)和成本，最終由整個社會來買單的。

　　很顯然，無論是商業(yè)上、環(huán)境上，比拼模型體量都是不可持續(xù)的。

　　一味求大的時代，已經(jīng)過去了。

　　問題是，怎么給大模型“減負(fù)”呢?

　　事實上，通用大模型的頭部廠商，一直都在積極地開展“成本瘦身”運動。

　　比如微軟在Microsoft Build2020上曾公開了為GPT-3提供支持的AI supercomputing超級計算機，可以讓AI模型的訓(xùn)練效率比其他平臺高16倍，更快的訓(xùn)練可以降低時間成本與風(fēng)險成本。

　　國產(chǎn)大模型也不例外。

　　盤古大模型早在2.0版本中，就嘗試采用稀疏+稠密架構(gòu)，以降低訓(xùn)練成本。文心一言推出一個月以后，也通過技術(shù)手段將大模型的推理性能提升近10倍，推理成本降到原來的十分之一。

　　避免走向臃腫沉重，成為人人都能使用的工具，大模型的“成本瘦身運動”，勢在必行。具體怎么實現(xiàn)?本文就來談一談這個問題。

　　一口吃不成胖子

　　大模型的哪些成本可以優(yōu)化，哪些成本無法削減，哪些成本還要進一步加大投入?搞清楚這些之前，首先得知道是怎么胖的。才能在保證大模型的性能表現(xiàn)和用戶體驗(健康)的前提下，合理且精準(zhǔn)地進行“成本瘦身”。

　　簡單來說，AI三要素——數(shù)據(jù)、算力、算法，仍然是決定大模型成本的最關(guān)鍵因素。

　　先說數(shù)據(jù)。Garbage in， garbage out，在大模型時代依然適用。

　　數(shù)據(jù)質(zhì)量會直接決定大模型的能力。OpenAI招聘了多位博士來處理各行業(yè)的專業(yè)數(shù)據(jù)，并找了獨角獸企業(yè)Scale AI等多家數(shù)據(jù)標(biāo)注公司，給GPT-3進行大規(guī)模的數(shù)據(jù)集投喂。同時，算法模型會不斷迭代升級，對數(shù)據(jù)量的需求會隨著使用量的上升和性能優(yōu)化而持續(xù)不短的時間。

　　中文大模型的成本高，一個主要原因就是，中文數(shù)據(jù)量和質(zhì)量，與英文還存在差距，訓(xùn)練中文大模型，需要采集和處理的中文語言數(shù)據(jù)更多。另一方面，英語語法結(jié)構(gòu)相比中文更簡單，中文文本的復(fù)雜性和多樣性，有的中文詞匯可以表達多種含義，語境豐富，上下文理解的歧義多、難度大，也增加了中文模型的訓(xùn)練難度，需要額外的資源來支撐中文大模型的訓(xùn)練。

　　再說算力。

　　大模型的訓(xùn)練、運行、服務(wù)、迭代等一整個全周期，都要計算和存儲資源。

　　大模型的訓(xùn)練，主打一個“暴力美學(xué)”，參數(shù)越大，訓(xùn)練所用的計算資源就越多。GPT-3所使用的超級計算機，包含了一萬個GPU、285000個處理器內(nèi)核。國內(nèi)的文心4.0，也是基于飛槳平臺在萬卡集群訓(xùn)練出來的。

　　這還不算完。大模型在部署后開放服務(wù)，隨著使用量的增加，要完成的推理任務(wù)也越來越多。24小時進行大量的“思考”和“輸出”，這個推理過程，也會持續(xù)消耗計算資源，就像人腦在處理大量復(fù)雜任務(wù)時，需要消耗糖原，很容易感到饑餓，得大吃一頓來補充能量。所以，大模型的推理成本也是很高的。

　　175B的GPT-3部署后的推理至少需要五個A100GPU，而國內(nèi)面向全社會開放服務(wù)的大模型，比如文心一言，據(jù)說推理成本也是上一代的8-10倍。

　　最后說說算法。

　　降低大模型對計算資源的巨大依賴，一個主流方案是優(yōu)化模型，在性能不變的基礎(chǔ)上，以更快的推理速度、更小的延遲、更低的資源需求來運行，相當(dāng)于ROI投入產(chǎn)出比更高了，訓(xùn)練、推理環(huán)節(jié)所需要的算力資源，單位成本更低。

　　有多少人工，就有多少智能，沒有人才不可能搞出真正能打的大模型。算法開發(fā)、測試、迭代、產(chǎn)品化等，都需要大量技術(shù)人才。人力成本究竟高不高，還要看大模型的商業(yè)模式是否穩(wěn)健。

　　學(xué)歷拉滿的人才隊伍，在研發(fā)階段，是相當(dāng)有競爭力的。問題在于，怎么掙錢呢?API調(diào)用或使用量收費，一個token不到一美分，回本盈利可能遙遙無期;付費訂閱(專業(yè)版)，頭部大模型具有虹吸效應(yīng)，大家都會選擇OpenAI或BATH等大廠，自家大模型能否被用戶接受并愿意付費，是未知數(shù);給行業(yè)客戶定制開發(fā)，ToB要深入了解行業(yè)，調(diào)研開發(fā)測試迭代，讓年薪幾十上百萬的算法工程師，在工地礦山農(nóng)場一待幾個月，項目的毛利率估計不會太好看。

　　所以，一個大模型能不能成功，不僅僅是靠算法本身的能力，還要看從開發(fā)到落地的商業(yè)循環(huán)是否可持續(xù)。

　　管住嘴，邁開腿

　　如果我們把大模型的成本“瘦身”，比作一個希望減去多余贅肉的人，那么這個目標(biāo)，可以拆解為兩種基本途徑:

　　一是制造“熱量差”。就是管住嘴邁開腿，控制投入，減去多余的成本，加速商業(yè)化提高收入，自然就瘦了。

　　二是變成“易瘦體質(zhì)”。充分了解大模型的機理，用新的架構(gòu)來解決Transformer注意力機制的問題，擁有“怎么吃都不胖”的體質(zhì)。

　　聽起來，第二種是不是非常有誘惑力呢?

　　不用苦哈哈的控制成本、吸引用戶、定制服務(wù)，輕輕松松躺著掙錢，還有這種好事兒?確實。

　　目前，所有的大語言模型都用的Transformer架構(gòu)，而這種架構(gòu)難以處理長文本及高分辨率圖像，邏輯推理、知識歸納等就靠“大力出奇跡”，成本高昂。很多基礎(chǔ)原理仍然不清楚，這就導(dǎo)致很多現(xiàn)存問題束手無策，比如“幻覺”的產(chǎn)生，推理能力有限等。

　　圖靈獎得主 Yann LeCun就不止一次批評過大語言模型的技術(shù)范式，認(rèn)為“LLM 對世界的理解非常膚淺”，他希望構(gòu)建一個“世界模型”，先學(xué)習(xí)世界運作方式，而后形成一個內(nèi)部模型，再通過這個內(nèi)部模型來完成各種任務(wù)。除此之外，關(guān)于AGI通用智能還有許多科學(xué)家從各自的研究領(lǐng)域去探討。

　　總結(jié)一下，當(dāng)前的大語言模型，很多原理尚不清晰，技術(shù)仍在變化中。未來可能會出現(xiàn)其他技術(shù)范式，顛覆當(dāng)前一味求大的模型，那時可能就不需要過高的成本，也就不用痛苦地“瘦身”了。

　　可能你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，研究底層的原理、找到一種更強大的AGI技術(shù)，這事兒雖然聽起來很酷，但實在沒譜，目前還沒有一個清晰的時間表。而這一輪大語言模型的技術(shù)范式，在工程實踐上是可行的，在產(chǎn)業(yè)中能work的，有提質(zhì)增效的明確效果的。先用起來，把握住現(xiàn)在，才是科技企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

　　所以，大模型企業(yè)只能管住嘴、邁開腿，盡快控制成本、加速商業(yè)化，制造良性可持續(xù)發(fā)展的“熱量差”。

　　制造“熱量差”的四化運動

　　那么，究竟該怎么制造“熱量差”呢?綜合目前市面上的主流手段，我們將其總結(jié)為“四化運動”:數(shù)據(jù)規(guī)�；�、模型壓縮化、計算高效化、商業(yè)分層化。

　　數(shù)據(jù)規(guī)�；�，是通過規(guī)模效應(yīng)，來提高數(shù)據(jù)的邊際效益，獲得最佳性價比。規(guī)模效應(yīng)主要通過三種方式來實現(xiàn)，一是產(chǎn)業(yè)集中的規(guī)�；�，國家層面已經(jīng)明確提出，要“加快培育數(shù)據(jù)要素市場”，涉及數(shù)據(jù)生產(chǎn)、采集、存儲、加工、分析、服務(wù)等多個環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)化有助于減少大模型企業(yè)的數(shù)據(jù)成本。二是AI工具的應(yīng)用，減少數(shù)據(jù)工程各個環(huán)節(jié)的人工參與，加快預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的處理，為模型訓(xùn)練降本提效。三是反饋數(shù)據(jù)的規(guī)�；�。大模型對微調(diào)數(shù)據(jù)(SFT/RLHF)的需求量和質(zhì)量要求很高，一些更早向全社會開放服務(wù)的大模型，如百度文心一言、商湯“商量SenseChat”、百川智能“百川大模型”、科大訊飛“星火大模型”等，“數(shù)據(jù)飛輪”更早開始轉(zhuǎn)動，有望更快一步達到邊際效益最優(yōu)的數(shù)據(jù)規(guī)模。

　　數(shù)據(jù)是有邊際效益的。OpenAl 已經(jīng)可以讓用戶來決定，是否允許其使用聊天數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，也就是說，可以不再依賴用戶反饋數(shù)據(jù)了，那么數(shù)據(jù)的存儲和計算成本自然就能控制住了。

　　模型壓縮化，就是提高模型的性能，以更少的資源實現(xiàn)更高性能，將資源密集型的大模型，通過壓縮技術(shù)，轉(zhuǎn)化為更加緊湊高效的版本。類似于將脂肪轉(zhuǎn)化為肌肉，肌肉的密度更大，體重(性能)不變，人卻變瘦(更小)了。

　　目前，大模型壓縮的常見手段，主要有三種:量化、剪枝、知識蒸餾。

　　量化，相當(dāng)于抽脂，簡單粗暴但是有效。模型的精度越高，所需要的存儲空間就越大。但在推理時，其實并不需要捕捉復(fù)雜模型中十分微小的梯度變化，所以量化可以直接降低模型的參數(shù)精度，“抽”去一部分細(xì)節(jié)性信息，從而減少占用空間，同時也不過于降低推理能力。比如以問生圖的生成式 AI 模型Stable Diffusion，此前只能在云端運行，高通AI Research使用量化技術(shù)，讓模型可以在更低精度水平保持準(zhǔn)確性，首次實現(xiàn)了在 Android 智能手機上部署 Stable Diffusion。量化技術(shù)，也在文心、盤古等國產(chǎn)大模型中有所應(yīng)用。

　　剪枝，類似“切除手術(shù)”，直接減去一些對效果沒什么影響的旁枝，比如大量冗余的結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元，這些權(quán)重較小的部分刪減掉，對模型效果帶來的影響不大，也減少了模型的大小。當(dāng)然，剪枝是一門“手藝活兒”，剪枝越精確，給模型準(zhǔn)確率的損失就越小，壓縮效果越好。

　　知識蒸餾，就是讓大模型“蒸桑拿”，千億模型一通蒸餾，產(chǎn)出若干個性能接近、結(jié)構(gòu)更簡的小模型，落地成本更低。挑戰(zhàn)在于，千億規(guī)模的模型蒸餾，也要消耗極高的計算資源，而且，從千億蒸餾到幾千萬，數(shù)據(jù)量差距過大，容易影響蒸餾的效果。無損蒸餾，是各大廠商的技術(shù)賽點之一。

　　既然模型壓縮技術(shù)，也會消耗計算資源，那么提高算力基礎(chǔ)設(shè)施的計算效率，就變得格外重要了。

　　計算高效化，是大模型廠商能夠以更高效益來提供模型服務(wù)的前提。

　　芯片和計算集群的性能，是研究和優(yōu)化的重點。微軟云azure專門為OpenAI打造了適用于AI計算的超級計算機。國內(nèi)廠商，百度、華為都擁有自研芯片、深度學(xué)習(xí)框架，可以通過端到端優(yōu)化來提升計算效率，提升大模型的訓(xùn)練速度和推理速度，從而降低訓(xùn)練時間和成本。

　　而對于產(chǎn)業(yè)大模型、行業(yè)大模型等非通用大模型來說，規(guī)模效應(yīng)和硬件優(yōu)化技術(shù)有限，自行構(gòu)建和維護基礎(chǔ)設(shè)施的成本是非常高的，使用云服務(wù)來訓(xùn)練和部署服務(wù)，是成本更優(yōu)的選擇。

　　歸根結(jié)底，大模型要提升商業(yè)收入，來達到優(yōu)化ROI、回收成本的目的。目前，各類大模型的商業(yè)化，體現(xiàn)出了明顯的分層化特點。

　　簡單來說，就是不同體量、不同功能、不同方向的大模型，商業(yè)化路徑也開始涇渭分明。

　　通用大模型，以規(guī)模效益、高價值市場，為主要目標(biāo)。OpenAI的用戶量巨大，發(fā)展API經(jīng)濟具有規(guī)模效應(yīng)，前期投入可以隨著業(yè)務(wù)量增長而被均攤。BATH(百度、阿里、騰訊、華為)等都有各自的云業(yè)務(wù)，積累了較為豐富的行業(yè)服務(wù)經(jīng)驗，尤其是金融、礦山、政務(wù)等大型政企的客戶觸達能力，具備較大的商業(yè)轉(zhuǎn)化潛力，因此除了面向大眾服務(wù)的訂閱模式、商業(yè)版付費模式等，也可以開展高價值的ToB項目定制開發(fā)。ToB客戶的高要求推動模型體驗和效果提升，也可以服務(wù)ToC市場，通過規(guī)�；瘉磉M一步攤平成本。

　　行業(yè)大模型，則在主動收束產(chǎn)品和業(yè)務(wù)邊界，圍繞核心業(yè)務(wù)和功能，以更少的資源來開發(fā)專精的小模型，在投入和商業(yè)化之間取得一個很好ROI平衡。比如金融領(lǐng)域，度小滿的“軒轅70B”融入了大量的專業(yè)金融語料，提高對金融知識的理解能力，可控性、安全性上滿足金融客戶的特別要求，獲得了上百家金融機構(gòu)申請試用。

　　總而言之，大模型并不是只有通用、泛化一條路，千行百業(yè)的私有化、個性化部署，會產(chǎn)生價格、隱私、安全等多方面的決策因素，也帶來大量的細(xì)分商機。通用大模型與行業(yè)大模型、專有小模型，分層+合力打開商業(yè)化之路。和而不同，考驗著產(chǎn)業(yè)鏈上每一個角色的智慧。

　　為了長遠(yuǎn)、可持續(xù)的服務(wù)，管住嘴、邁開腿，大模型的“成本瘦身”是必經(jīng)之路。

　　這個過程或許痛苦，卻會凝練出一條護城河，守護整個行業(yè)的健康發(fā)展。

　　20世紀(jì)40年代，計算機剛剛誕生的時候，人們驚嘆于這座“機器怪獸”的龐大身軀，但隨后開啟了信息時代的飛躍。智能手機剛剛誕生時，功能機廠商曾對它極盡諷刺，沒想到這種人人皆可觸網(wǎng)的普惠聯(lián)接，推起了移動互聯(lián)網(wǎng)的繁榮。

　　隨著大模型越來越好、成本越來越低，“人人皆可AI”，也將不再是一個遙遠(yuǎn)的夢。