編譯 | 言征
作者 | Aksh Garg
備注：發(fā)稿前作者已經(jīng)刪掉原文
出品 | 51CTO技術(shù)棧（微信號(hào)：blog51cto）
近日，一款Llama3V最近被“先紅后黑”的出了圈。作為全球頂尖研究學(xué)府的團(tuán)隊(duì)，身陷“抄襲”中國(guó)大模型的泥潭后，火速刪稿刪庫(kù)，實(shí)屬LLM史上一大“軼事”。
那么這款“Llama3V”究竟長(zhǎng)什么樣子，實(shí)際基準(zhǔn)效果究竟如何？
不得不說(shuō)，看完作者對(duì)于該模型的介紹，大家對(duì)于如何訓(xùn)練出堪比GPT4-o的多模態(tài)大模型，心中會(huì)多一些干貨。【本篇文章的作者Aksh Garg，是斯坦福大學(xué)、Point72 和 Jump 的機(jī)器學(xué)習(xí)研究員。曾就職于特斯拉、SpaceX、DE Shaw。】
1.Llama3V：成本只有500美元效果堪比100倍閉源大模型
Llama3 風(fēng)靡全球，在幾乎所有基準(zhǔn)測(cè)試中都優(yōu)于 GPT3.5，在多個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試中也優(yōu)于 GPT4。隨后，GPT4o 應(yīng)運(yùn)而生，憑借其多模態(tài)精細(xì)度奪回王位。今天，我們發(fā)布了一些可以改變這一現(xiàn)狀的東西：Llama3-V，這是有史以來(lái)第一個(gè)基于 Llama3 構(gòu)建的多模態(tài)模型。作為獎(jiǎng)勵(lì)，我們的所有訓(xùn)練費(fèi)用不到 500 美元。
你可能會(huì)問(wèn)基準(zhǔn)如何？我們讓表格說(shuō)明一切。與 Llava（當(dāng)前 SOTA 和最受歡迎的多模態(tài)理解模型）相比，我們的模型提升了 10-20%。此外，除了 MMMU 之外，我們?cè)谒兄笜?biāo)上的表現(xiàn)都與大小為其 100 倍的閉源模型非常相似。
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請(qǐng)查看地址：
???：https://huggingface.co/mustafaaljadery/llama3v/
?Github：https：//github.com/mustafaaljadery/llama3v
【當(dāng)然，作者已經(jīng)刪庫(kù)了】
2.模型架構(gòu)及工作原理
我們的大部分工程工作都是為了使 Llama3 理解視覺(jué)信息。為此，我們使用 SigLIP 模型獲取輸入圖像并將其嵌入到一系列塊嵌入中。然后，這些嵌入通過(guò)投影塊與文本標(biāo)記對(duì)齊，投影塊應(yīng)用兩個(gè)自注意力塊將文本和視覺(jué)嵌入放在同一平面上。最后，將投影塊中的視覺(jué)標(biāo)記添加到文本標(biāo)記前面，并將聯(lián)合表示傳遞到 Llama3，就像通常一樣。
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Llama3-V 架構(gòu)：我們使用 SigLIP 將輸入圖像嵌入到補(bǔ)丁中。然后我們用兩個(gè)自注意力塊訓(xùn)練一個(gè)投影塊，以對(duì)齊我們的文本和視覺(jué)標(biāo)記。
上圖從高層次說(shuō)明了一切的工作原理。現(xiàn)在，讓我們?cè)敿?xì)了解每個(gè)階段。
SigLIP：SigLIP（用于語(yǔ)言圖像預(yù)訓(xùn)練的 Sigmoid 損失）是一種與 CLIP 類似的圖像嵌入模型，如下圖所示。但是，與使用對(duì)比損失和 softmax 正則化的 CLIP 不同，SigLIP 采用成對(duì) Sigmoid 損失，這允許模型獨(dú)立地對(duì)每個(gè)圖像-文本對(duì)進(jìn)行操作，而無(wú)需對(duì)批次中的所有對(duì)進(jìn)行全局查看。在高層次上，SigLIP 的視覺(jué)編碼器將圖像分割成一系列不重疊的圖像塊，并將它們投影到低維線性嵌入空間中，從而產(chǎn)生一系列塊嵌入。然后，這些塊嵌入經(jīng)過(guò)視覺(jué)編碼器，該編碼器應(yīng)用自注意力來(lái)捕獲長(zhǎng)距離依賴關(guān)系并提取更高級(jí)的視覺(jué)特征。為了我們的目的，我們直接使用由 Google DeepMind 訓(xùn)練的原始 SigLIP 模型。
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SigLIP 嵌入的工作原理說(shuō)明。我們同時(shí)訓(xùn)練圖像和文本解碼器，但在我們的例子中，文本編碼模塊保持不變。與 CLIP 不同，我們最小化 Sigmoid 損失而不是 Softmax 損失，但大多數(shù)其他事情保持不變。
與文本嵌入對(duì)齊：為了節(jié)省計(jì)算資源，我們保持 SigLIP 不變。但是，為了將輸出圖像嵌入與 Llama3 中使用的文本嵌入對(duì)齊，我們使用了一個(gè)額外的投影模塊。與將單個(gè)線性層應(yīng)用于原始圖像嵌入的 Llava 不同，我們改為訓(xùn)練兩個(gè)自注意力塊以更好地捕獲輸入嵌入中的模式，從而生成最終的圖像嵌入向量。
前置圖像標(biāo)記：對(duì)于文本輸入，我們首先使用字節(jié)對(duì)編碼 (BPE) 詞匯表對(duì)文本進(jìn)行標(biāo)記，從而生成一系列文本標(biāo)記。我們通過(guò)將這些標(biāo)記括在特殊的 <text> 和 </text> 標(biāo)簽中來(lái)劃分這些標(biāo)記。對(duì)于來(lái)自投影塊的圖像嵌入，我們將每個(gè)向量視為單獨(dú)的“視覺(jué)標(biāo)記”，并使用 <image> 和 </image> 標(biāo)簽劃分它們。最后，我們將視覺(jué)標(biāo)記序列前置到文本標(biāo)記序列，形成傳遞到 Llama3 進(jìn)行處理的聯(lián)合輸入表示。
3.成本是如何打下來(lái)的？推理優(yōu)化
訓(xùn)練這些模型的成本很高。為了優(yōu)化計(jì)算資源，我們進(jìn)行了兩項(xiàng)重大優(yōu)化。第一項(xiàng)是簡(jiǎn)單的緩存機(jī)制，第二項(xiàng)是在 MPS/MLX 前端。
緩存：SigLIP 模型比 Llama3 小得多。因此，如果我們按順序運(yùn)行所有內(nèi)容，則在 SigLIP 運(yùn)行時(shí)，GPU 利用率非常低。此外，我們無(wú)法通過(guò)增加 SigLIP 上的批處理大小來(lái)提高利用率，因?yàn)?nbsp;Llama 會(huì)遇到 OOM 錯(cuò)誤。相反，我們發(fā)現(xiàn)我們的 SigLIP 模型保持不變，而是預(yù)先計(jì)算圖像嵌入。然后，對(duì)于預(yù)訓(xùn)練和 SFT，我們直接傳入這些預(yù)先計(jì)算的圖像嵌入，而不是重新運(yùn)行 SigLIP 模塊。這不僅使我們能夠增加批處理大小并最大限度地利用我們的 GPU 來(lái)運(yùn)行 SigLIP 模塊，還為我們節(jié)省了訓(xùn)練/推理時(shí)間，因?yàn)楣艿赖膬蓚€(gè)部分可以單獨(dú)進(jìn)行。
MPS/MLX 優(yōu)化：我們的第二次優(yōu)化再次源于 SigLIP 相對(duì)于 Llama 的較小尺寸。具體來(lái)說(shuō)，由于 SigLIP 適合我們的 Macbook，我們?cè)?MPS 優(yōu)化的 SigLIP 模型上進(jìn)行了推理，這使我們能夠?qū)崿F(xiàn)每秒 32 張圖像的吞吐量 - 讓我們的緩存步驟相對(duì)快速地完成。
4.它是如何訓(xùn)練的
從 SigLIP 預(yù)計(jì)算嵌入：現(xiàn)在讓我們深入研究預(yù)訓(xùn)練過(guò)程的第一步：通過(guò) SigLIP 預(yù)計(jì)算圖像嵌入。在此步驟中，我們的目標(biāo)是將圖像傳入 SigLIP 嵌入模型，以獲得圖像的矢量表示或嵌入。
一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)：由于分辨率較高，我們遵循 LLaVA-UHD 采用的方法并執(zhí)行圖像分割。圖像分割的目的是將圖像分成可變大小的塊或片段，以實(shí)現(xiàn)更高效的編碼。這些分割圖像會(huì)同時(shí)批量處理。
現(xiàn)在讓我們深入了解如何使用 SigLIP 嵌入。我們首先加載 SigLIP 模型和處理器/標(biāo)記器。然后我們使用處理器預(yù)處理提供的輸入圖像。然后我們將預(yù)處理后的圖像傳遞給模型。之后，模型輸出圖像-文本對(duì)的對(duì)數(shù)。我們現(xiàn)在繼續(xù)將 S 型激活函數(shù)應(yīng)用于對(duì)數(shù)以獲得概率。我們現(xiàn)在看到圖像嵌入包含在這些概率中。到目前為止，此嵌入捕獲了圖像中的視覺(jué)信息。
通過(guò) SigLIP 計(jì)算圖像嵌入之后，我們現(xiàn)在開(kāi)始學(xué)習(xí)投影矩陣——你也可以將其視為投影層，它通常是線性或前饋層。如上文成分部分所述，投影層將視覺(jué)嵌入從其原始空間映射到聯(lián)合多模態(tài)嵌入空間。具體而言，投影層將學(xué)習(xí)到的權(quán)重矩陣 W_v 應(yīng)用于視覺(jué)嵌入 v 以獲得投影的多模態(tài)視覺(jué)嵌入 W_v * v。因此，在這個(gè)投影步驟之后，視覺(jué)和文本嵌入基本上被對(duì)齊到一個(gè)共同的多模態(tài)嵌入空間，允許它們的表示進(jìn)行交互并組合以用于多模態(tài)建模任務(wù)，如視覺(jué)問(wèn)答、圖像字幕等。更具體地說(shuō)，投影層的結(jié)果是生成的“潛在信息”。
計(jì)算出潛在值后，我們將其作為圖像標(biāo)記添加到文本標(biāo)記之前。之所以添加在前面，是因?yàn)閷D像放在文本之前，可以讓模型在預(yù)訓(xùn)練期間更容易學(xué)習(xí)。可以將其想象為具有表示實(shí)際圖像的標(biāo)記，然后具有表示文本中圖像內(nèi)容的標(biāo)記：幾乎就像與圖像配對(duì)的標(biāo)題。我們的架構(gòu)與 LLaVA-UHD 的架構(gòu)幾乎相同（他們選擇 CLIP-ViT，而我們使用 SigLIP，并且他們與 Vicuna-13B 配合使用），因此我們?cè)谙旅嫣峁┝怂鼈兊膱D示作為參考：
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現(xiàn)在我們已經(jīng)確定了預(yù)訓(xùn)練所需的數(shù)據(jù)，我們可以深入了解它實(shí)際上是什么樣子。在預(yù)訓(xùn)練中，我們使用 600,000 個(gè)將圖像添加到文本的示例。在此步驟中，我們保持 Llama-3 架構(gòu)的主要權(quán)重不變。
關(guān)鍵是我們只想更新投影矩陣的梯度。至關(guān)重要的是，我們保持其余權(quán)重不變。至此，我們完成了預(yù)訓(xùn)練步驟的流程。這里的關(guān)鍵是將嵌入圖像（潛在圖像）與其文本以聯(lián)合表示形式對(duì)齊，然后預(yù)訓(xùn)練 LLaMA-3 以專注于根據(jù)遇到的示例更新投影矩陣。
5.監(jiān)督微調(diào)
在預(yù)訓(xùn)練之后，我們進(jìn)行監(jiān)督微調(diào)以增強(qiáng)模型的性能。在此步驟中，我們將凍結(jié)計(jì)算出的嵌入（來(lái)自投影層），并將除視覺(jué)和投影矩陣之外的所有內(nèi)容保持凍結(jié)狀態(tài)。換句話說(shuō)，如果您查看下圖，紅色組件未凍結(jié)，而藍(lán)色組件凍結(jié)。這旨在用作“指令”微調(diào) - 換句話說(shuō)，使模型更適合多模態(tài)文本輸出。在此階段，我們使用 1M 個(gè)示例（7M 個(gè)分割圖像）。
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6.總結(jié)
- 我們?yōu)?Llama3 8B 添加了視覺(jué)編碼器
- 與當(dāng)前開(kāi)源 SOTA 視覺(jué)語(yǔ)言模型 Llava 相比，我們的模型性能提高了 10-20%。
- 我們提供與 GPT4v、Gemini Ultra 和 Claude Opus 等尺寸接近 100 倍* 的模型相當(dāng)?shù)囊曈X(jué)能力。
- 我們描述了一種高效的流程，用于在不到 500 美元的時(shí)間內(nèi)對(duì)模型進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練和指令微調(diào)。
【后記】距離ChatGPT發(fā)布，一年多已過(guò)去，大模型研究者們，再次身處于LLM浪潮的風(fēng)暴眼中，隨著開(kāi)源大模型的出現(xiàn)，我們開(kāi)始看到前所未有的研究速度和成果涌現(xiàn)，也開(kāi)始看到在這個(gè)新領(lǐng)域中伴生著始料未及的“魔幻”劇情。
本文無(wú)意于探討開(kāi)源AI模型的“套殼”、“抄襲”的界定，更多在于討論讓大模型從文本走向視覺(jué)多模態(tài)，究竟需要哪些步驟、訓(xùn)練和推理成本都有哪些降低的技巧、需要怎樣的技術(shù)活？這些也許是大家更需要的。
