新火種
2024-09-04 
大模型應用新戰場：揭秘終端側AI競爭關鍵｜智在終端
2024年過去2/3，大模型領域的一個共識開始愈加清晰：
AI技術的真正價值在于其普惠性。沒有應用，基礎模型將無法發揮其價值。
于是乎，回顧這大半年，從互聯網大廠到手機廠商，各路人馬都在探索AI時代Killer APP的道路上狂奔。這股風潮，也開始在頂級學術會議中顯露蹤跡。
其中被行業、學術界都投以關注的一個核心問題就是：
在大模型“力大磚飛”的背景之下，AIGC應用要如何在手機等算力有限的終端設備上更絲滑地落地呢？
△Midjourney生成
這段時間以來，ICML（國際機器學習大會）、CVPR（IEEE國際計算機視覺與模式識別會議）等頂會上的最新技術分享和入選論文，正在揭開更多細節。
是時候總結一下了。
AI應用背后，大家都在聚焦哪些研究？先來看看，AI應用從云端邁向終端，現在進展到何種程度了。
目前，在大模型/AIGC應用方面，眾多安卓手機廠商都與高通保持著深度合作。
在CVPR 2024等頂會上，高通的技術Demo，吸引了不少眼球。
比如，在安卓手機上，實現多模態大模型（LLaVA）的本地部署：
△Qualcomm Research發布于YouTube
這是一個70億參數級別的多模態大模型，支持多種類型的數據輸入，包括文本和圖像。也支持圍繞圖像的多輪對話。
就像這樣，丟給它一張小狗的照片，它不僅能描述照片信息，還能接著和你聊狗狗適不適合家養之類的話題。
△新火種在巴塞羅那MWC高通展臺拍攝的官方演示Demo
高通還展示了在安卓手機上運行LoRA的實例。
△Qualcomm Research發布于YouTube
以及音頻驅動的3D數字人版AI助手——同樣能在斷網的情況下本地運行。
Demo原型既出，加之手機廠商們的魔改優化，對于普通用戶而言，意味著其中展現的新玩法新可能，在咱們自個兒的終端設備上已經指日可待。
但在頂會上，更加受到關注的是，demo之外，高通的一系列最新論文們，還詳細地揭開了應用背后需要重點布局的關鍵技術。
量化
其中之一，就是量化。
在手機等終端設備上部署大模型/AIGC應用，要解決的一大重點是如何實現高效能的推理。
而量化是提高計算性能和內存效率最有效的方法之一。并且高通認為，使用低位數整型精度對高能效推理至關重要。
高通的多項研究工作發現，對于生成式AI來說，由于基于Transformer的大語言模型受到內存的限制，在量化到8位（INT8）或4位（INT4）權重后往往能夠獲得大幅提升的效率優勢。
其中，4位權重量化不僅對大語言模型可行，在訓練后量化（PTQ）中同樣可能，并能實現最優表現。這一效率提升已經超過了浮點模型。
具體來說，高通的研究表明，借助量化感知訓練（QAT）等量化研究，許多生成式AI模型可以量化至INT4模型。
在不影響準確性和性能表現的情況下，INT4模型能節省更多功耗，與INT8相比實現90%的性能提升和60%的能效提升。
今年，高通還提出了一種名為LR-QAT（低秩量化感知訓練）的算法，能使大語言模型在計算和內存使用上更高效。
LR-QAT受LoRA啟發，采用了低秩重參數化的方法，引入了低秩輔助權重，并將其放置在整數域中，在不損失精度的前提下實現了高效推理。
在Llama 2/3以及Mistral系列模型上的實驗結果顯示，在內存使用遠低于全模型QAT的情況下，LR-QAT達到了相同的性能。
另外，高通還重點布局了矢量量化（VQ）技術，與傳統量化方法不同，VQ考慮了參數的聯合分布，能夠實現更高效的壓縮和更少的信息丟失。
編譯
在AI模型被部署到硬件架構的過程中，編譯器是保障其以最高性能和最低功耗高效運行的關鍵。
編譯包括計算圖的切分、映射、排序和調度等步驟。
高通在傳統編譯器技術、多面體AI編輯器和編輯器組合優化AI方面都積累了不少技術成果。
比如，高通AI引擎Direct框架基于高通Hexagon NPU的硬件架構和內存層級進行運算排序，在提高性能的同時，可以最大程度減少內存溢出。
硬件加速
終端側的AI加速，離不開硬件的支持。
在硬件方面，高通AI引擎采用異構計算架構，包括Hexagon NPU、高通Adreno GPU、高通Kryo CPU或高通Oryon CPU。
其中，Hexagon NPU在今天已經成為高通AI引擎中的關鍵處理器。
以第三代驍龍8移動平臺為例，Hexagon NPU在性能表現上，比前代產品快98%，同時功耗降低了40%。
架構方面，Hexagon NPU升級了全新的微架構。與前代產品相比，更快的矢量加速器時鐘速度、更強的推理技術和對更多更快的Transformer網絡的支持等等，全面提升了Hexagon NPU對生成式AI的響應能力，使得手機上的大模型“秒答”用戶提問成為可能。
Hexagon NPU之外，第三代驍龍8在高通傳感器中樞上也下了更多功夫：增加下一代微型NPU，AI性能提高3.5倍，內存增加30%。
事實上，作為大模型/AIGC應用向終端側遷移的潮流中最受關注的技術代表之一，以上重點之外，高通的AI研究布局早已延伸到更廣泛的領域之中。
以CVPR 2024入選論文為例，在生成式AI方面，高通提出了提高擴散模型效率的方法Clockwork Diffusion，在提高Stable Diffusion v1.5感知得分的同時，能使算力消耗最高降低32%，使得SD模型更適用于低功耗端側設備。
并且不止于手機，針對XR和自動駕駛領域的實際需求，高通還研究了高效多視圖視頻壓縮方法（LLSS）等。
在當前的熱點研究領域，比如AI視頻生成方面，高通也有新動作：
正在開發面向終端側AI的高效視頻架構。例如，對視頻到視頻的生成式AI技術FAIRY進行優化。在FAIRY第一階段，從錨定幀提取狀態。在第二階段，跨剩余幀編輯視頻。優化示例包括：跨幀優化、高效instructPix2Pix和圖像/文本引導調節。
底層技術驅動AI創新大模型應用是當下的大勢所趨。而當應用發展的程度愈加深入，一個關鍵問題也愈加明朗：
應用創新的演進速度，取決于技術基座是否扎實牢固。
這里的技術基座，指的不僅是基礎模型本身，也包括從模型量化壓縮到部署的全棧AI優化。
可以這樣理解，如果說基礎模型決定了大模型應用效果的上限，那么一系列AI優化技術，就決定了終端側大模型應用體驗的下限。
作為普通消費者，值得期待的是，像高通這樣的技術廠商，不僅正在理論研究方面快馬加鞭，其為應用、神經網絡模型、算法、軟件和硬件的全棧AI研究和優化，也已加速在實踐中部署。
以高通AI軟件棧為例。這是一套容納了大量AI技術的工具包，全面支持各種主流AI框架、不同操作系統和各類編程語言，能提升各種AI軟件在智能終端上的兼容性。
其中還包含高通AI Studio，相當于將高通所有AI工具集成到了一起，包括AI模型增效工具包、模型分析器和神經網絡架構搜索（NAS）等。
更為關鍵的是，基于高通AI軟件棧，只需一次開發，開發者就能跨不同設備隨時隨地部署相應的AI模型。
就是說，高通AI軟件棧像是一個“轉換器”，能夠解決大模型在種類繁多的智能終端中落地所面臨的一大難題——跨設備遷移。
這樣一來，大模型應用不僅能從云端走向手機端，還能被更快速地塞進汽車、XR、PC和物聯網設備中。
站在現在的時間節點，人人都在期待改變世界的技術潮流翻騰出更洶涌的巨浪。
而站立潮頭的弄潮兒們正在再次驗證技術史中一次次被探明的事實：引領技術之先的人和組織，無不具備重視基礎技術的“發明家文化”。
不止是追趕最新的技術趨勢，更要提前布局，搶先攻克基本方案。
高通在《讓AI觸手可及》白皮書中同樣提到了這一點：
高通深耕AI研發超過15年，始終致力于讓感知、推理和行為等核心能力在終端上無處不在。
這些AI研究和在此之上產出的論文，影響的不僅是高通的技術布局，也正在影響整個行業的AI發展。
大模型時代，“發明家文化”仍在延續。
也正是這樣的文化，持續促進著新技術的普及化，促進著市場的競爭和繁榮，帶動起更多的行業創新和發展。
你覺得呢？
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