欢迎 Mixtral – 当前 Hugging Face 上最先进的 MoE 模型

最近,Mistral 发布了一个激动人心的大语言模型: Mixtral 8x7b,该模型把开放模型的性能带到了一个新高度,并在许多基准测试上表现优于 GPT-3.5。我们很高兴能够在 Hugging Face 生态系统中全面集成 Mixtral 以对其提供全方位的支持 🔥!

Hugging Face 对 Mixtral 的全方位支持包括:

目录

Mixtral 8x7b 是什么?

Mixtral 的架构与 Mistral 7B 类似,但有一点不同: 它实际上内含了 8 个“专家”模型,这要归功于一种称为“混合专家”(Mixture of Experts,MoE) 的技术。当 MoE 与 transformer 模型相结合时,我们会用稀疏 MoE 层替换掉某些前馈层。MoE 层包含一个路由网络,用于选择将输入词元分派给哪些专家处理。Mixtral 模型为每个词元选择两名专家,因此,尽管其有效参数量是 12B 稠密模型的 4 倍,但其解码速度却能做到与 12B 的稠密模型相当!

欲了解更多有关 MoE 的知识,请参阅我们之前的博文: hf.co/blog/zh/moe

本次发布的 Mixtral 模型的主要特点:

  • 模型包括基础版和指令版
  • 支持高达 32k 词元的上下文
  • 性能优于 Llama 2 70B,在大多数基准测试上表现不逊于 GPT3.5
  • 支持英语、法语、德语、西班牙语及意大利语
  • 擅长编码,HumanEval 得分为 40.2%
  • 可商用,Apache 2.0 许可证

那么,Mixtral 模型效果到底有多好呢?下面列出了 Mixtral 基础模型与其他先进的开放模型在 LLM 排行榜 上表现 (分数越高越好):

模型 许可证 是否可商用 预训练词元数 排行榜得分 ⬇️
mistralai/Mixtral-8x7B-v0.1 Apache 2.0 不详 68.42
meta-llama/Llama-2-70b-hf Llama 2 许可证 2,000B 67.87
tiiuae/falcon-40b Apache 2.0 1,000B 61.5
mistralai/Mistral-7B-v0.1 Apache 2.0 不详 60.97
meta-llama/Llama-2-7b-hf Llama 2 许可证 2,000B 54.32

我们还用 MT-Bench 及 AlpacaEval 等基准对指令版和其它聊天模型进行了对比。下表列出了 Mixtral Instruct 与顶级闭源或开放模型相比的表现 (分数越高越好):

模型 可得性 上下文窗口(词元数) MT-Bench 得分 ⬇️
GPT-4 Turbo 私有 128k 9.32
GPT-3.5-turbo-0613 私有 16k 8.32
mistralai/Mixtral-8x7B-Instruct-v0.1 Apache 2.0 32k 8.30
Claude 2.1 私有 200k 8.18
openchat/openchat_3.5 Apache 2.0 8k 7.81
HuggingFaceH4/zephyr-7b-beta MIT 8k 7.34
meta-llama/Llama-2-70b-chat-hf Llama 2 许可证 4k 6.86

令人印象深刻的是,Mixtral Instruct 的性能优于 MT-Bench 上的所有其他开放模型,且是第一个与 GPT-3.5 性能相当的开放模型!

关于命名

Mixtral MoE 模型虽然名字是 Mixtral-8x7B,但它其实并没有 56B 参数。发布后不久,我们就发现不少人被名字误导了,认为该模型的行为类似于 8 个模型的集合,其中每个模型有 7B 个参数,但这种想法其实与 MoE 模型的工作原理不符。实情是,该模型中只有某些层 (前馈层) 是各专家独有的,其余参数与稠密 7B 模型情况相同,是各专家共享的。所以,参数总量并不是 56B,而是 45B 左右。所以可能叫它 Mixtral-45-8e 更贴切,更能符合其架构。更多有关 MoE 如何运行的详细信息,请参阅我们之前发表的 《MoE 详解》 一文。

提示格式

基础模型 没有提示格式,与其他基础模型一样,它可用于序列补全或零样本/少样本推理。你可以对基础模型进行微调,将其适配至自己的应用场景。指令模型 有一个非常简单的对话格式。

<s> [INST] User Instruction 1 [/INST] Model answer 1</s> [INST] User instruction 2[/INST]

你必须准确遵循此格式才能有效使用指令模型。稍后我们将展示,使用 transformers 的聊天模板能很轻易地支持这类自定义指令提示格式。

我们不知道的事

与之前的 Mistral 7B 版本一样,对这一新的模型家族,我们也有几个待澄清的问题。比如,我们不知道用于预训练的数据集大小,也不知道它的组成信息以及预处理方式信息。

同样,对于 Mixtral 指令模型,我们对微调数据集或 SFT 和 DPO 使用的超参也知之甚少。

演示

你可以在 Hugging Face Chat 上与 Mixtral Instruct 模型聊天!点击 此处 开始体验吧。

推理

我们主要提供两种对 Mixtral 模型进行推理的方法:

  • 通过 🤗 transformers 的 pipeline() 接口。
  • 通过 TGI,其支持连续组批、张量并行等高级功能,推理速度极快。

以上两种方法均支持半精度 (float16) 及量化权重。由于 Mixtral 模型的参数量大致相当于 45B 参数的稠密模型,因此我们可以对所需的最低显存量作一个估计,如下:

精度 显存需求
float16 >90 GB
8-bit >45 GB
4-bit >23 GB

使用 🤗 transformers

从 transformers 4.36 版 开始,用户就可以用 Hugging Face 生态系统中的所有工具处理 Mixtral 模型,如:

  • 训练和推理脚本及示例
  • 安全文件格式 (safetensors )
  • 与 bitsandbytes (4 比特量化) 、PEFT (参数高效微调) 和 Flash Attention 2 等工具的集成
  • 使用文本生成任务所提供的工具及辅助方法
  • 导出模型以进行部署

用户唯一需要做的是确保 transformers 的版本是最新的:

pip install -U "transformers==4.36.0" --upgrade

下面的代码片段展示了如何使用 🤗 transformers 及 4 比特量化来运行推理。由于模型尺寸较大,你需要一张显存至少为 30GB 的卡才能运行,符合要求的卡有 A100 (80 或 40GB 版本) 、A6000 (48GB) 等。

from transformers import AutoTokenizer
import transformers
import torch

model = "mistralai/Mixtral-8x7B-Instruct-v0.1"

tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model)
pipeline = transformers.pipeline(
    "text-generation",
    model=model,
    model_kwargs={"torch_dtype": torch.float16, "load_in_4bit": True},
)

messages = [{"role": "user", "content": "Explain what a Mixture of Experts is in less than 100 words."}]
prompt = pipeline.tokenizer.apply_chat_template(messages, tokenize=False, add_generation_prompt=True)
outputs = pipeline(prompt, max_new_tokens=256, do_sample=True, temperature=0.7, top_k=50, top_p=0.95)
print(outputs[0]["generated_text"])

\[INST] Explain what a Mixture of Experts is in less than 100 words. [/INST] A
Mixture of Experts is an ensemble learning method that combines multiple models,
or "experts," to make more accurate predictions. Each expert specializes in a
different subset of the data, and a gating network determines the appropriate
expert to use for a given input. This approach allows the model to adapt to
complex, non-linear relationships in the data and improve overall performance.

使用 TGI

TGI  是 Hugging Face 开发的生产级推理容器,可用于轻松部署大语言模型。其功能主要有: 连续组批、流式词元输出、多 GPU 张量并行以及生产级的日志记录和跟踪等。

你可在 Hugging Face 的 推理终端 上部署 Mixtral,其使用 TGI 作为后端。要部署 Mixtral 模型,可至 模型页面,然后单击 Deploy -> Inference Endpoints 按钮即可。

注意: 如你的账号 A100 配额不足,可发送邮件至 [email protected] 申请升级。

你还可以阅读我们的博文 用 Hugging Face 推理终端部署 LLM 以深入了解如何部署 LLM,该文包含了推理终端支持的超参以及如何使用 Python 和 Javascript 接口来流式生成文本等信息。

你还可以使用 Docker 在 2 张 A100 (80GB) 上本地运行 TGI,如下所示:

docker run --gpus all --shm-size 1g -p 3000:80 -v /data:/data ghcr.io/huggingface/text-generation-inference:1.3.0 \
    --model-id mistralai/Mixtral-8x7B-Instruct-v0.1 \
    --num-shard 2 \
    --max-batch-total-tokens 1024000 \
    --max-total-tokens 32000

用 🤗 TRL 微调

训练 LLM 在技术和算力上都有较大挑战。本节我们将了解在 Hugging Face 生态系统中如何在单张 A100 GPU 上高效训练 Mixtral。

下面是在 OpenAssistant 的 聊天数据集 上微调 Mixtral 的示例命令。为了节省内存,我们对注意力块中的所有线性层执行 4 比特量化和 QLoRA。请注意,与稠密 transformer 模型不同,我们不对专家网络中的 MLP 层进行量化,因为它们很稀疏并且量化后 PEFT 效果不好。

首先,安装 🤗 TRL 的每日构建版并下载代码库以获取 训练脚本:

pip install -U transformers
pip install git+https://github.com/huggingface/trl
git clone https://github.com/huggingface/trl
cd trl

然后,运行脚本:

accelerate launch --config_file examples/accelerate_configs/multi_gpu.yaml --num_processes=1 \
    examples/scripts/sft.py \
    --model_name mistralai/Mixtral-8x7B-v0.1 \
    --dataset_name trl-lib/ultrachat_200k_chatml \
    --batch_size 2 \
    --gradient_accumulation_steps 1 \
    --learning_rate 2e-4 \
    --save_steps 200_000 \
    --use_peft \
    --peft_lora_r 16 --peft_lora_alpha 32 \
    --target_modules q_proj k_proj v_proj o_proj \
    --load_in_4bit

在单张 A100 上训练大约需要 48 小时,但我们可以通过 --num_processes 来调整 GPU 的数量以实现并行。

量化 Mixtral

如上所见,该模型最大的挑战是如何实现普惠,即如何让它能够在消费级硬件上运行。因为即使以半精度 ( torch.float16 ) 加载,它也需要 90GB 显存。

借助 🤗 transformers 库,我们支持用户开箱即用地使用 QLoRA 和 GPTQ 等最先进的量化方法进行推理。你可以阅读 相应的文档 以获取有关我们支持的量化方法的更多信息。

使用 4 比特量化加载 Mixtral

用户还可以通过安装 bitsandbytes 库 ( pip install -U bitsandbytes ) 并将参数 load_in_4bit=True 传给 from_pretrained 方法来加载 4 比特量化的 Mixtral。为了获得更好的性能,我们建议用户使用 bnb_4bit_compute_dtype=torch.float16 来加载模型。请注意,你的 GPU 显存至少得有 30GB 才能正确运行下面的代码片段。

import torch
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, BitsAndBytesConfig

model_id = "mistralai/Mixtral-8x7B-Instruct-v0.1"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_id)

quantization_config = BitsAndBytesConfig(
    load_in_4bit=True,
    bnb_4bit_compute_dtype=torch.float16
)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_id, quantization_config=quantization_config)

prompt = "[INST] Explain what a Mixture of Experts is in less than 100 words. [/INST]"
inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt").to(0)

output = model.generate(**inputs, max_new_tokens=50)
print(tokenizer.decode(output[0], skip_special_tokens=True))

该 4 比特量化技术由 QLoRA 论文 提出,你可以通过 相应的 Hugging Face 文档这篇博文 获取更多相关信息。

使用 GPTQ 加载 Mixtral

GPTQ 算法是一种训后量化技术,其中权重矩阵的每一行都是独立量化的,以获取误差最小的量化权重。这些权重被量化为 int4,但在推理过程中会即时恢复为 fp16。与 4 比特 QLoRA 相比,GPTQ 的量化模型是通过对某个数据集进行校准而得的。TheBloke 在 🤗 Hub 上分享了很多量化后的 GPTQ 模型,这样大家无需亲自执行校准就可直接使用量化模型。

对于 Mixtral,为了获得更好的性能,我们必须调整一下校准方法,以确保我们 不会 量化那些专家门控层。量化模型的最终困惑度 (越低越好) 为 4.40 ,而半精度模型为 4.25 。你可在 此处 找到量化模型,要使用 🤗 transformers 运行它,你首先需要更新 auto-gptqoptimum 库:

pip install -U optimum auto-gptq

然后是从源代码安装 transformers:

pip install -U git+https://github.com/huggingface/transformers.git

安装好后,只需使用 from_pretrained 方法加载 GPTQ 模型即可:

import torch
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, BitsAndBytesConfig

model_id = "TheBloke/Mixtral-8x7B-v0.1-GPTQ"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_id)

model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_id, device_map="auto")

prompt = "[INST] Explain what a Mixture of Experts is in less than 100 words. [/INST]"
inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt").to(0)

output = model.generate(**inputs, max_new_tokens=50)
print(tokenizer.decode(output[0], skip_special_tokens=True))

请注意,你的 GPU 显存至少得有 30GB 才能运行 Mixtral 模型的 QLoRA 和 GPTQ 版本。如果你如上例一样使用了 device_map="auto" ,则其在 24GB 显存时也可以运行,因此会有一些层被自动卸载到 CPU。

免责声明及正在做的工作

  • 量化: 围绕 MoE 的量化还有许多研究正如火如荼地展开。上文展示了我们基于 TheBloke 所做的一些初步实验,但我们预计随着对该架构研究的深入,会涌现出更多进展!这一领域的进展将会是日新月异的,我们翘首以盼。此外,最近的工作,如 QMoE,实现了 MoE 的亚 1 比特量化,也是值得尝试的方案。
  • 高显存占用: MoE 运行推理速度较快,但对显存的要求也相对较高 (因此需要昂贵的 GPU)。这对本地推理提出了挑战,因为本地推理所拥有的设备显存一般较小。MoE 非常适合多设备大显存的基础设施。对 Mixtral 进行半精度推理需要 90GB 显存 🤯。

更多资源

总结

我们对 Mixtral 的发布感到欢欣鼓舞!我们正围绕 Mixtral 准备更多关于微调和部署文章,尽请期待。


英文原文: https://hf.co/blog/mixtral

原文作者: Lewis Tunstall,Philipp Schmid,Omar Sanseviero,Pedro Cuenca,Olivier Dehaene,Leandro von Werra,Younes Belkada

译者: Matrix Yao (姚伟峰),英特尔深度学习工程师,工作方向为 transformer-family 模型在各模态数据上的应用及大规模模型的训练推理。

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