大模型核心技术原理: Transformer架构详解

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作者:chattech

在大模型发展历程中，有两个比较重要点：第一，Transformer 架构。它是模型的底座，但 Transformer 不等于大模型，但大模型的架构可以基于 Transformer；第二，GPT。严格意义上讲，GPT 可能不算是一个模型，更像是一种预训练范式，它本身模型架构是基于 Transformer，但 GPT 引入了“预测下一个词”的任务，即不断通过前文内容预测下一个词。之后，在大量的数据上进行学习才达到大模型的效果。

之所以说 Transformer 架构好，是因为 Transformer 能够解决之前自然语言处理中最常用的 RNN 的一些核心缺陷，具体来看：一是，难以并行化，反向传播过程中需要计算整个序列；二是，长时依赖关系建模能力不够强；三是，模型规模难以扩大。

那么，Transformer 具体是如何工作的？

首先，是对输入进行标识符化，基于单词形式，或字母，或字符子串，将输入文本切分成几个 token，对应到字典中的 ID 上，并对每个 ID 分配一个可学习的权重作为向量表示，之后就可以针对做训练，这是一个可学习的权重。

在输入 Transformer 结构之后，其核心的有自注意力模块和前向传播层。而在自注意力模块中，Transformer 自注意力机制建模能力优于 RNN 序列建模能力。因此，有了 Transformer 架构后，基本上就解决了运行效率和训练很大模型的问题。

基于 Transformer 架构的主流语言大模型主要有几种：
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一是，自编码模型，如 BERT，简单讲就是给到一句话，然后把这句话的内容挖空，当问及挖空的内容时，就把内容填回去，这其实是典型地用来做一个自然语言理解的任务，但做生成任务是非常弱的；

二是，自回归模型，如 GPT，它是通过不断地预测下一个词，特点是只能从左到右生成，而看不到后面的内容。GPT-1 最后接了一个 Linear 层做分类或选题题等任务，到了 GPT-2 ，已经将一些选择任务或者分类任务全部都变成文本任务，统一了生成的范式；

三是，编码器-解码器模型，如 T5，它的输入和输出是分为比较明显的两块内容，或者是问答式，或者序列到序列的转换型的任务；

四是，通用语言模型，如 GLM，该模型结合了自回归和自编码两种形式的模型，举个例子，“123456”是一串输入的序列，现在把 “3”、“5”、“6” 挖空，让模型去学习，那么，挖空以后换成一个 “ mask token” 告诉模型这个地方遮掉了一些内容，现在需要去预测出来遮掉的内容。

与 BERT 不同的是，GLM 把自回归和自编码方式进行结合后，挖出来的内容直接拼到了文本的后面，然后加上一个 “ start token”，告诉模型现在是开始生成了，开始做填空任务了，然后把标准答案 “5”、“6” 放在 “ star token”后面让它去预测，直到预测到 “end token”，它就知道这个填空已经结束了。这个过程称为自回归填空式的任务，整个计算流程还是自回归式，但它不断预测下一个词，既实现了填空的功能，又能看到上下文内容。此外，相比于 GPT 模型，GLM 采用了一个双向注意力的机制。

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