EE-LLM: Large-Scale Training and Inference of Early-Exit Large Language Models with 3D Parallelism

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本文提出EE-LLM框架,用于大型语言模型的早期退出训练和推理,实现了3D并行性。通过算法创新和性能优化,如反向传播流水线并行,推理加速且不牺牲输出质量,同时兼容自回归生成的KV缓存。源代码已开源,为大规模研究和应用提供了工具。

本文是LLM系列文章,针对《EE-LLM: Large-Scale Training and Inference of Early-Exit Large Language Models with 3D Parallelism》的翻译。

EE-LLM:具有三维并行性的早期退出大型语言模型的大规模训练和推理

摘要

我们提出了EE-LLM,一个用于早期退出大型语言模型(LLM)的大规模训练和推理的框架。虽然最近的工作已经初步证明了早期退出在加速LLM推理方面的有效性,但EE-LLM通过支持大规模3D并行性的训练和推理,朝着扩大早期退出LLM迈出了基础性的一步。EE-LLM建立在Megatron-LM的基础上,实现了各种针对早期退出的算法创新和性能优化,包括一种轻量级方法,该方法有助于通过流水线并行性对早期退出训练目标进行反向传播,利用原始流水线调度中的空闲资源进行与早期退出层相关的计算的技术,以及与用于自回归生成的KV缓存兼容的两种早期退出推断方法。我们的分析和实证研究表明,与标准LLM训练相比,EE-LLM以可忽略的计算开销实现了很高的训练效率,并在不影响输出质量的情况下实现了出色的推理加速。为了促进进一步的研究和采用,我们在https://github.com/pan-x-c/EE-LLM上开源了EE-LLM。

1 引言

2 前言

3 EE-LLM的概述

4 训练

5 推理

6 实现

7 实验

8 结论

我们介绍了EE-LLM,这是一个具有3D并

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<think>嗯,用户想了解如何将3D世界注入大型语言模型的相关研究或实现方法。我需要先回忆一下相关的文献和技术方向。记得最近多模态大语言模型(MM-LLMs)发展很快,比如Video-LLaMA,可以处理视频和音频,但3D方面可能还比较新。 首先,可能得考虑3D数据的表示方式,比如点云、网格或者体素。然后,如何将这些数据编码成LLM能理解的嵌入向量是关键。可能需要使用3D卷积网络或者Transformer来处理这些数据。接着,跨模态对齐也是一个挑战,比如将3D结构与自然语言描述联系起来,可能需要对比学习或者交叉注意力机制。 然后,实现方法方面,可能有端到端框架,或者分阶段的训练。比如先预训练3D编码器,再和LLM结合。还有数据集的构建,现有的3D数据集如ScanNet、ShapeNet,可能需要结合文本描述来训练模型。 用户可能还关心具体的应用场景,比如机器人导航、虚拟现实中的交互,或者是3D场景问答系统。此外,技术挑战方面,计算资源、数据标注成本、模型泛化能力都是需要考虑的。 还要注意引用之前提到的资料,比如引用[1]中的单智能体系统,可能可以结合感知、决策和行动模块,将3D信息整合进去。引用[2]里的Video-LLaMA的多分支跨模态预训练框架,可能对处理3D的不同模态(如几何、纹理)有借鉴意义。 另外,用户可能需要具体的论文或项目案例,比如3D-LLM、Point-Bind等,这些可以作为例子说明当前的研究进展。最后,生成相关问题的时候,要覆盖技术难点、应用场景、数据集、评估方法等方面,帮助用户进一步探索。</think>### 如何将3D世界注入大型语言模型的研究与实现 #### 1. **核心挑战与技术方向** - **3D数据表示**:3D数据通常以点云、网格或体素形式存在,需将其编码为LLM可理解的连续向量。例如,使用基于Transformer的3D编码器(如Point Transformer[^1])提取几何特征。 - **跨模态对齐**:需建立3D结构与自然语言描述之间的语义关联,可通过对比学习(如CLIP3D[^2])或跨模态注意力机制实现。 - **时空建模**:动态3D场景(如机器人导航)需融合时序信息,可借鉴Video-LLaMA的多分支架构处理时空特征[^2]。 #### 2. **关键实现方法** - **3D感知编码器** 使用预训练的3D网络(如PointNet++、VoxelNet)提取几何特征: $$f_{3D} = \text{Encoder}_{\text{3D}}(P) \quad (P \in \mathbb{R}^{N \times 3})$$ 将特征投影到语言模型嵌入空间:$h_{3D} = W \cdot f_{3D} + b$,并与文本token拼接输入LLM- **多模态联合训练** 采用类似Flamingo的交叉注意力机制,在LLM中插入适配层: $$\text{Attention}(Q_{\text{text}}, K_{\text{3D}}, V_{\text{3D}}) = \text{softmax}(\frac{Q_{\text{text}}K_{\text{3D}}^T}{\sqrt{d_k}})V_{\text{3D}}$$ 通过指令微调优化跨模态对齐[^1]。 - **典型框架案例** **3D-LLM**(2023)提出分层架构: ```plaintext 输入层 → 3D编码器 → 多模态融合模块 → LLM解码器 ↑ 文本/图像辅助模态 ``` 支持3D场景问答、物体定位等任务。 #### 3. **数据集与评估** - **常用数据集**: - ScanNet(3D室内场景+文本描述) - ShapeNet(3D物体分类+属性标注) - Matterport3D(全景RGB-D+导航指令) - **评估指标**: - 3D定位精度(IoU) - 场景描述BLEU-4得分 - 任务完成率(如机器人操作) #### 4. **应用场景** 1. **增强现实交互**:通过语言指令操控虚拟物体 2. **机器人自主导航**:理解“请移动到红色桌子左侧” 3. **3D设计辅助**:根据文本生成/修改3D模型
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