本文通俗簡單地介紹了什么是大模型、大模型是怎么訓(xùn)練出來的和大模型的作用。

什么是大模型

大模型，英文名叫Large Model，大型模型。早期的時候，也叫Foundation Model，基礎(chǔ)模型。 大模型是一個簡稱，完整的叫法，應(yīng)該是“人工智能預(yù)訓(xùn)練大模型”。預(yù)訓(xùn)練，是一項技術(shù)，我們后面再解釋。 我們現(xiàn)在口頭上常說的大模型，實際上特指大模型的其中一類，也是用得最多的一類——語言大模型（Large Language Model，也叫大語言模型，簡稱LLM）。 除了語言大模型之外，還有視覺大模型、多模態(tài)大模型等。現(xiàn)在，包括所有類別在內(nèi)的大模型合集，被稱為廣義的大模型。而語言大模型，被稱為狹義的大模型。

從本質(zhì)來說，大模型，是包含超大規(guī)模參數(shù)（通常在十億個以上）的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能領(lǐng)域目前最基礎(chǔ)的計算模型。它通過模擬大腦中神經(jīng)元的連接方式，能夠從輸入數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并生成有用的輸出。

這是一個全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（每層神經(jīng)元與下一層的所有神經(jīng)元都有連接），包括1個輸入層，N個隱藏層，1個輸出層。 大名鼎鼎的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）、長短時記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）以及transformer架構(gòu)，都屬于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。 目前，業(yè)界大部分的大模型，都采用了transformer架構(gòu)。 剛才提到，大模型包含了超大規(guī)模參數(shù)。實際上，大模型的“大”，不僅是參數(shù)規(guī)模大，還包括：架構(gòu)規(guī)模大、訓(xùn)練數(shù)據(jù)大、算力需求大。

以GPT-3為例。這個大模型的隱藏層一共有96層，每層的神經(jīng)元數(shù)量達到2048個。 大模型的參數(shù)數(shù)量和神經(jīng)元節(jié)點數(shù)有一定的關(guān)系。簡單來說，神經(jīng)元節(jié)點數(shù)越多，參數(shù)也就越多。例如，GPT-3的參數(shù)數(shù)量，大約是1750億。 大模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，也是非常龐大的。 同樣以GPT-3為例，采用了45TB的文本數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練。即便是清洗之后，也有570GB。具體來說，包括CC數(shù)據(jù)集（4千億詞）+WebText2（190億詞）+BookCorpus（670億詞）+維基百科（30億詞），絕對堪稱海量。 最后是算力需求。 這個大家應(yīng)該都聽說過，訓(xùn)練大模型，需要大量的GPU算力資源。而且，每次訓(xùn)練，都需要很長的時間。

GPU算卡 根據(jù)公開的數(shù)據(jù)顯示，訓(xùn)練GPT-3大約需要3640PFLOP·天（PetaFLOP·Days）。如果采用512張A100 GPU（單卡算力195 TFLOPS），大約需要1個月的時間。訓(xùn)練過程中，有時候還會出現(xiàn)中斷，實際時間會更長。 總而言之，大模型就是一個虛擬的龐然大物，架構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)龐大、依賴海量數(shù)據(jù)，且非常燒錢。 相比之下，參數(shù)較少（百萬級以下）、層數(shù)較淺的模型，是小模型。小模型具有輕量級、高效率、易于部署等優(yōu)點，適用于數(shù)據(jù)量較小、計算資源有限的垂直領(lǐng)域場景。

大模型是如何訓(xùn)練出來的？

接下來，我們了解一下大模型的訓(xùn)練過程。 大家都知道，大模型可以通過對海量數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，吸收數(shù)據(jù)里面的“知識”。然后，再對知識進行運用，例如回答問題、創(chuàng)造內(nèi)容等。 學(xué)習(xí)的過程，我們稱之為訓(xùn)練。運用的過程，則稱之為推理。

訓(xùn)練，又分為預(yù)訓(xùn)練（Pre-trained）和微調(diào)（Fine tuning）兩個環(huán)節(jié)。

預(yù)訓(xùn)練

在預(yù)訓(xùn)練時，我們首先要選擇一個大模型框架，例如transformer。然后，通過“投喂”前面說的海量數(shù)據(jù)，讓大模型學(xué)習(xí)到通用的特征表示。 那么，為什么大模型能夠具有這么強大的學(xué)習(xí)能力？為什么說它的參數(shù)越多，學(xué)習(xí)能力就越強？ 我們可以參考MIT（麻省理工）公開課的一張圖：

這張圖是深度學(xué)習(xí)模型中一個神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)圖。 神經(jīng)元的處理過程，其實就是一個函數(shù)計算過程。算式中，x是輸入，y是輸出。預(yù)訓(xùn)練，就是通過x和y，求解W。W是算式中的“權(quán)重（weights）”。 權(quán)重決定了輸入特征對模型輸出的影響程度。通過反復(fù)訓(xùn)練來獲得權(quán)重，這就是訓(xùn)練的意義。 權(quán)重是最主要的參數(shù)類別之一。除了權(quán)重之外，還有另一個重要的參數(shù)類別——偏置（biases）。

參數(shù)有很多種類 權(quán)重決定了輸入信號對神經(jīng)元的影響程度，而偏置則可以理解為神經(jīng)元的“容忍度”，即神經(jīng)元對輸入信號的敏感程度。 簡單來說，預(yù)訓(xùn)練的過程，就是通過對數(shù)據(jù)的輸入和輸出，去反復(fù)“推算”最合理的權(quán)重和偏置（也就是參數(shù)）。訓(xùn)練完成后，這些參數(shù)會被保存，以便模型的后續(xù)使用或部署。 參數(shù)越多，模型通常能夠?qū)W習(xí)到更復(fù)雜的模式和特征，從而在各種任務(wù)上表現(xiàn)出更強的性能。 我們通常會說大模型具有兩個特征能力——涌現(xiàn)能力和泛化能力。 當(dāng)模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和參數(shù)不斷擴大，直到達到一定的臨界規(guī)模后，會表現(xiàn)出一些未能預(yù)測的、更復(fù)雜的能力和特性。模型能夠從原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)中，自動學(xué)習(xí)并發(fā)現(xiàn)新的、更高層次的特征和模式。這種能力，被稱為“涌現(xiàn)能力”。 “涌現(xiàn)能力”，可以理解為大模型的腦子突然“開竅”了，不再僅僅是復(fù)述知識，而是能夠理解知識，并且能夠發(fā)散思維。 泛化能力，是指大模型通過“投喂”海量數(shù)據(jù)，可以學(xué)習(xí)復(fù)雜的模式和特征，可以對未見過的數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確的預(yù)測。 參數(shù)規(guī)模越來越大，雖然能讓大模型變得更強，但是也會帶來更龐大的資源消耗，甚至可能增加“過擬合”的風(fēng)險。 過擬合，是指模型對訓(xùn)練數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)得過于精確，以至于它開始捕捉并反映訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的噪聲和細節(jié)，而不是數(shù)據(jù)的總體趨勢或規(guī)律。說白了，就是大模型變成了“書呆子”，只會死記硬背，不愿意融會貫通。 預(yù)訓(xùn)練所使用的數(shù)據(jù)，我們也需要再說明一下。 預(yù)訓(xùn)練使用的數(shù)據(jù)，是海量的未標(biāo)注數(shù)據(jù)（幾十TB）。 之所以使用未標(biāo)注數(shù)據(jù)，是因為互聯(lián)網(wǎng)上存在大量的此類數(shù)據(jù)，很容易獲取。而標(biāo)注數(shù)據(jù)（基本上靠人肉標(biāo)注）需要消耗大量的時間和金錢，成本太高。 預(yù)訓(xùn)練模型，可以通過無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法（如自編碼器、生成對抗網(wǎng)絡(luò)、掩碼語言建模、對比學(xué)習(xí)等，大家可以另行了解），從未標(biāo)注數(shù)據(jù)中，學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)的通用特征和表示。 這些數(shù)據(jù)，也不是隨便網(wǎng)上下載得來的。整個數(shù)據(jù)需要經(jīng)過收集、清洗、脫敏和分類等過程。這樣可以去除異常數(shù)據(jù)和錯誤數(shù)據(jù)，還能刪除隱私數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)更加標(biāo)準(zhǔn)化，有利于后面的訓(xùn)練過程。 獲取數(shù)據(jù)的方式，也是多樣化的。 如果是個人和學(xué)術(shù)研究，可以通過一些官方論壇、開源數(shù)據(jù)庫或者研究機構(gòu)獲取。如果是企業(yè)，既可以自行收集和處理，也可以直接通過外部渠道（市場上有專門的數(shù)據(jù)提供商）購買。

微調(diào)

預(yù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)之后，我們就得到了一個通用大模型。這種模型一般不能直接拿來用，因為它在完成特定任務(wù)時往往表現(xiàn)不佳。 這時，我們需要對模型進行微調(diào)。 微調(diào)，是給大模型提供特定領(lǐng)域的標(biāo)注數(shù)據(jù)集，對預(yù)訓(xùn)練的模型參數(shù)進行微小的調(diào)整，讓模型更好地完成特定任務(wù)。

行業(yè)數(shù)據(jù)類別 微調(diào)之后的大模型，可以稱之為行業(yè)大模型。例如，通過基于金融證券數(shù)據(jù)集的微調(diào)，可以得到一個金融證券大模型。 如果再基于更細分的專業(yè)領(lǐng)域進行微調(diào)，就是專業(yè)大模型（也叫垂直大模型）。 我們可以把通用大模型理解為中小學(xué)生，行業(yè)大模型是大學(xué)本科生，專業(yè)大模型是研究生。

微調(diào)階段，由于數(shù)據(jù)量遠小于預(yù)訓(xùn)練階段，所以對算力需求小很多。 大家注意，對于大部分大模型廠商來說，他們一般只做預(yù)訓(xùn)練，不做微調(diào)。而對于行業(yè)客戶來說，他們一般只做微調(diào)，不做預(yù)訓(xùn)練。 “預(yù)訓(xùn)練+微調(diào)”這種分階段的大模型訓(xùn)練方式，可以避免重復(fù)的投入，節(jié)省大量的計算資源，顯著提升大模型的訓(xùn)練效率和效果。 預(yù)訓(xùn)練和微調(diào)都完成之后，需要對這個大模型進行評估。通過采用實際數(shù)據(jù)或模擬場景對大模型進行評估驗證，確認(rèn)大模型的性能、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性?等是否符合設(shè)計要求。 等評估和驗證也完成，大模型基本上算是打造成功了。接下來，我們可以部署這個大模型，將它用于推理任務(wù)。 換句話說，這時候的大模型已經(jīng)“定型”，參數(shù)不再變化，可以真正開始干活了。 大模型的推理過程，就是我們使用它的過程。通過提問、提供提示詞（Prompt），可以讓大模型回答我們的問題，或者按要求進行內(nèi)容生成。 最后，畫一張完整的流程圖：

大模型究竟有什么作用？

根據(jù)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)類型和應(yīng)用方向，我們通常會將大模型分為語言大模型（以文本數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練）、音頻大模型（以音頻數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練）、視覺大模型（以圖像數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練），以及多模態(tài)大模型（文本和圖像都有）。 語言大模型，擅長自然語言處理（NLP）領(lǐng)域，能夠理解、生成和處理人類語言，常用于文本內(nèi)容創(chuàng)作（生成文章、詩歌、代碼）、文獻分析、摘要匯總、機器翻譯等場景。大家熟悉的ChatGPT，就屬于此類模型。 音頻大模型，可以識別和生產(chǎn)語音內(nèi)容，常用于語音助手、語音客服、智能家居語音控制等場景。 視覺大模型，擅長計算機視覺（CV）領(lǐng)域，可以識別、生成甚至修復(fù)圖像，常用于安防監(jiān)控、自動駕駛、醫(yī)學(xué)以及天文圖像分析等場景。 多模態(tài)大模型，結(jié)合了NLP和CV的能力，通過整合并處理來自不同模態(tài)的信息（文本、圖像、音頻和視頻等），可以處理跨領(lǐng)域的任務(wù)，例如文生圖，文生視頻、跨媒體搜索（通過上傳圖，搜索和圖有關(guān)的文字描述）等。 今年以來，多模態(tài)大模型的崛起勢頭非常明顯，已經(jīng)成為行業(yè)關(guān)注的焦點。 如果按照應(yīng)用場景進行分類，那么類別就更多了，例如金融大模型、醫(yī)療大模型、法律大模型、教育大模型、代碼大模型、能源大模型、政務(wù)大模型、通信大模型，等等。 例如金融大模型，可以用于風(fēng)險管理、信用評估、交易監(jiān)控、市場預(yù)測、合同審查、客戶服務(wù)等。功能和作用很多很多，不再贅述。