FP16、BF16、INT8、INT4精度模型加载所需显存以及硬件适配的分析

  大家好,我是herosunly。985院校硕士毕业,现担任算法研究员一职,热衷于机器学习算法研究与应用。曾获得阿里云天池比赛第一名,CCF比赛第二名,科大讯飞比赛第三名。拥有多项发明专利。对机器学习和深度学习拥有自己独到的见解。曾经辅导过若干个非计算机专业的学生进入到算法行业就业。希望和大家一起成长进步。

  本文主要介绍了FP16、INT8、INT4精度模型加载占用显存大小的分析,希望对学习大语言模型的同学们有所帮助。

1. 前言

  最近不少同学们总会遇到类似下图中OOM(Out Of Memory)的问题,如下图所示,绝大多数都是由于显存不够造成的:
在这里插入图片描述
  那么针对于不同精度的模型,具体来说加载不同精度(FP16、BF16、INT8、INT4)的模型需要占用的显存大小到底是什么呢?如果能够根据模型参数提前推算出所需的GPU资源,就能够按照需求使用或者租借相应的GPU资源。另外由于不同GPU的硬件结构是不一样的,所以并不一定能够适配所有的精度(如BF16)。

### 关于FP16INT8INT4的数据类型及其应用场景 #### FP16数据类型的应用场景比较 半精度浮点数(FP16)使用16位来表示数值,其中包含1位符号位、5位指数位以及10位尾数位。这种格式减少了内存占用并加速了计算过程,在图形处理单元(GPU)上尤其有效。对于深度学习而言,FP16可以显著减少模型大小推理时间而不明显降低准确性[^2]。 ```python import numpy as np fp16_data = np.float16(3.14) print(fp16_data) ``` #### INT8数据类型的应用场景比较 整型量化至8位(INT8)是一种常见的优化技术,用于部署已经训练好的神经网络模型到资源受限设备上。通过将权重激活函数从高精度转换成低精度整数形式,可以在保持较高预测性能的同时极大程度地节省硬件成本与功耗。此外,许多现代处理器都支持高效的INT8运算指令集,从而进一步提升了执行效率[^3]。 ```python int8_data = np.int8(-127) print(int8_data) ``` #### INT4数据类型的应用场景比较 更激进的量化方案会采用4位甚至更低精度的形式如INT4来进行参数压缩。这类方法虽然能够实现更高的压缩率,但也可能引入更多误差风险。因此一般只应用于特定领域内对延迟敏感的任务或是极度追求极致效能比的情况下才会考虑使用此类极端量化的策略。 ```python # Python本身不直接支持int4, 但是可以通过其他库间接操作 # 这里仅展示概念性的定义 class Int4: pass # 实现省略 ```
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