本文将介绍如下内容:
- 一、什么是 AWQ
- 二、AWQ 核心原理
- 三、搭建 AWQ 环境
- 四、大模型量化转换
- 五、量化后模型测试
一、什么是 AWQ
AWQ(Activation-aware Weight Quantization)量化是一种基于激活值分布(activation distribution)挑选显著权重(salient weight)进行量化的方法,其不依赖于任何反向传播或重建,因此可以很好地保持LLM在不同领域和模式上的泛化能力,而不会过拟合到校准集,属训练后量化(Post-Training Quantization, PTQ)大类。
- 论文地址: AWQ: ACTIVATION-AWARE WEIGHT QUANTIZATION FOR
ON-DEVICE LLM COMPRESSION AND ACCELERATION - github 地址:
二、AWQ 核心论述
1、核心观点1:权重并不同等重要,仅有小部分显著权重对推理结果影响较大
作者指出,模型的权重并不同等重要,仅有0.1%~1%的小部分显著权重对模型输出精度影响较大。 因此如果能有办法只对0.1%~1%这一小部分权重保持原来的精度(FP16),对其他权重进行低比特量化,就可以在保持精度几乎不变的情况下,大幅降低模型内存占用,并提升推理速度。这就涉及到一个问题,如何鉴别显著权重,常用的方法有三种:
- 随机挑选:听天由命,随机选出0.1%~1%的权重作为显著权重,当然这种方法很不科学。
- 基于权重分布挑选:对权重矩阵(比如自注意力中的 W q , W k , W v W_q, W_k, W_v Wq,Wk,Wv )中的元素按绝对值大小由大到小排序,绝对值越大越显著,选择前0.1%~1%的元素作为显著权重。
- 基于激活值分布挑选: 作者用“激活值”一词很具有迷惑性,查阅了很多blog都没太确定其具体含义,阅读源码后确定,激活值就是与权重矩阵作matmul运算的输入值,比如自注意力机制中,计算 Q = W q X , K = W k X , V = W v X , O = W o [ softmax ( K Q ⊤ ) V ] Q = W_q X, K = W_k X, V = W_v X, O = W_o \left[ \text{softmax}(K Q^\top) V \right] Q=WqX,K=WkX,V=WvX,O=Wo[softmax(KQ⊤)V], X X X 就是 W q , W k , W v W_q, W_k, W_v Wq,Wk,Wv的激活值, [ softmax ( K Q ⊤ ) V ] \left[ \text{softmax}(K Q^\top) V \right] [softmax(KQ⊤)V] 是 W o W_o Wo 的激活值。按激活值绝对值大小由大到小排序,绝对值越大越显著,选择前0.1%~1%的元素作为显著权重。
作者分别对三种方法进行了实验,将PPL(越小越好)作为评估指标,发现:
- 随机挑选显著权重(random列)的方式与对所有权重进行低比特量化(RTN列)的性能差不多,预料之内;
- 基于权重分布挑选(base on W列)的方式与随机挑选(random列)差不多,这是打破常规认知的,因为很多量化方法都是基于该方式挑选显著权重;
- 基于激活值分布挑选(based on act.列)的方式相比FP16几乎没有精度损失,是重大发现。
因此,基于激活值分布挑选显著权重是最为合理的方式。只要把这部分权重保持FP16精度,对其他权重进行低比特量化,就可以在保持精度几乎不变的情况下,大幅降低模型内存占用,并提升推理速度。
这里还有一个细节,作者为了避免方法在实现上过于复杂,在挑选显著权重时,并非在“元素”级别进行挑选,而是在“通道(channel)”级别进行挑选,即权重矩阵的一行作为一个单位。在计算时,首先将激活值对每一列求绝对值的平均值,然后把平均值较大的一列对应的通道视作显著通道,保留FP16精度。对其他通道进行低比特量化,如下图:
但另一个问题随之而来,如果权重矩阵中有的元素用FP16格式存储,有的用INT4格式存储,不仅存储时很麻烦, 计算时取数也很麻烦,kernel函数写起来会很抽象。于是,作者想了一个变通的方法——Scaling。
2、核心观点2:量化时对显著权重进行放大可以降低量化误差
考虑一个权重矩阵 w w w,线性运算可以写作 y = w x y = wx y=wx。对权重矩阵进行量化后,可以写作 y = Q ( w ) x y = Q(w)x y=Q(w)x,量化函数 ⋆ ^\star ⋆ Q ( ⋅ ) Q(\cdot) Q(⋅) 定义为公式1:
- Q ( w ) = Δ ⋅ Round ( w Δ ) , Δ = max ( ∣ w ∣ ) 2 N − 1 , Q(w) = \Delta \cdot \text{Round} \left( \frac{w}{\Delta} \right), \quad \Delta = \frac{\max (|w|)}{2^{N-1}}, \quad Q(w)=Δ⋅