仅需Llama3 1/17的训练成本，Snowflake开源128x3B MoE模型

Snowflake 加入 LLM 混战。

Snowflake 发布高「企业智能」模型 Arctic，专注于企业内部应用。

刚刚，数据管理和仓库提供商 Snowflake 宣布加入 LLM 混战，发布了一款专注于企业级应用的顶级大型语言模型（LLM）——Snowflake Arctic。

作为一家云计算公司推出的 LLM，Arctic 主要具备以下两个方面的优势：

• 高效智能：Arctic 在企业任务方面表现出色，例如 SQL 生成、编程和指令遵循，甚至可与使用更高计算成本训练的开源模型媲美。Arctic 为经济高效的训练设定了新的基线，使 Snowflake 客户能够以低成本为其企业需求创建高质量的定制模型。
• 开源开放：Arctic 采用 Apache 2.0 许可，提供对权重和代码的开放访问，Snowflake 还将开源所有的数据方案和研究发现。

现在，你可以在 Hugging Face 上访问 Arctic 模型。Snowflake 表示：用户很快可以通过一些模型库获取，包括 Snowflake Cortex、AWS、微软 Azure、NVIDIA API、Lamini、Perplexity、Replicate 和 Together 等。

Hugging Face：https://huggingface.co/Snowflake/snowflake-arctic-instruct

Arctic 的上下文窗口设置为 4K，研究团队正在研发基于注意力池（attention-sink）的滑动窗口实现，在未来几周内将支持无限序列生成，并在不久的将来扩展到 32K 注意力窗口。

高性能、低成本

Snowflake 的研究团队从企业客户的 AI 需求和使用案例中看到了一个一致的模式：企业希望使用 LLM 构建对话式 SQL 数据 copilot、代码 copilot 和 RAG 聊天机器人。

这意味着 LLM 需要在 SQL、代码、复杂指令遵循和生成具体响应方面表现出色。Snowflake 将这些能力融合成一个称为「企业智能」的单一指标，具体方式是对编码（HumanEval 和 MBPP ）、SQL 生成（Spider）和指令遵循（IFEval）性能水平取平均值。

Arctic 在开源 LLM 中达到了顶级的「企业智能」水平，而且是在大约不到 200 万美元的训练计算成本（少于 3K GPU 周）的情况下做到的。这意味着 Arctic 比其他使用类似计算成本训练的开源模型能力更强。

更重要的是，即使与那些使用远高于其的计算成本训练的模型相比，Arctic 在企业智能方面也表现出色。Arctic 的高训练效率意味着 Snowflake 的客户和整个 AI 社区可以以更经济的方式训练定制模型。

如图 1 所示，Arctic 在企业智能指标上与 LLAMA 3 8B 和 LLAMA 2 70B 不相上下，而使用的训练计算成本不到一半。并且，尽管仅使用 1/17 倍的计算成本，Arctic 在编码（HumanEval 和 MBPP ）、SQL（Spider）和指令遵循（IFEval）等指标上可与 Llama3 70B 媲美，即 Arctic 在保持整体性能竞争力的同时做到了这一点。

此外，Snowflake 还在学术基准上评估了 Arctic，涉及世界知识、常识推理和数学能力，完整评估结果如下图所示：

训练效率

为了达到上述训练效率，Arctic 采用一种独特的 Dense-MoE 混合 transformer 架构。它将一个 10B 的密集 transformer 模型与一个 128×3.66B 的残差 MoE MLP 结合起来，总共有 480B 参数和 17B 活跃参数，使用 top-2 gating 来进行选择。

设计和训练Arctic 时，研究团队使用了以下三个关键的见解和创新：

MoE 专家数量多，并采取压缩技术

2021 年底，DeepSpeed 团队证明了MoE 可以应用于自回归LLM，从而显着提高模型质量而不增加计算成本。在设计 Arctic 时，研究团队注意到，基于这个思路，模型质量的提高主要取决于 MoE 模型中的专家数量和总参数量，以及这些专家的组合方式数量。

基于此，Arctic 被设计为在128 个细粒度（fine-grained）专家之间分布480B 参数，并使用top-2 gating 来选择17B 活跃参数。

架构与系统协同设计

在强大的AI 训练硬件上训练具有大量专家的基本MoE 架构非常低效，因为专家之间的全连接通信开销很高。 Snowflake 发现，如果通信可以与计算重叠，就可以省去这种开销。

因此，Arctic 将密集transformer 与残差MoE 组件相结合（图2），通过通信计算重叠，使训练系统能够实现良好的训练效率，隐藏了通信开销的大部分。

聚焦企业数据的课程学习

在代码生成和SQL 等企业级指标上表现出色需要与通用指标截然不同的数据课程学习（Curriculum Learning）。通过数百次小规模的消融实验，该团队了解到通用技能，如常识推理，可以在初始阶段学习；而编码、数学和 SQL 等更复杂的指标可以在训练后期有效学习。

这可以类比于人类的生活教育，从简单到困难逐步获取能力。因此，Arctic 使用一个三阶段的课程学习，每个阶段的数据构成都不同，第一阶段侧重于通用技能（1T token），后两个阶段侧重于企业技能（1.5T 和 1T token）。

推理效率

推理效率也是模型高效的一个重要方面，影响到模型是否可以在低成本下进行实际部署。

Arctic 代表了 MoE 模型规模的一次飞跃，它比任何其他开源自回归 MoE 模型都使用了更多的专家和总参数。因此，Snowflake 需要几个创新思路来确保Arctic 能够高效推理：

a) 在批大小较小的交互推理中，例如批大小为1，MoE 模型的推理延迟受制于读取所有活跃参数的时间，推理是受内存带宽限制的。在这种批大小下，Arctic（17B 活跃参数）的内存读取量仅为 Code-Llama 70B 的 1/4、Mixtral 8x22B（44B 活跃参数）的 2/5，从而具备更快的推理速率。

b) 当批大小显着增加，例如每次前向传递数千个token 时，Arctic 从内存带宽受限转变为计算受限，推理受到每个token 的活跃参数的限制。在这方面，Arctic 的计算量是 CodeLlama 70B 和 Llama 3 70B 的 1/4。

为了实现计算受限的推理和与 Arctic 中少量活跃参数相匹配的高吞吐量，需要一个较大的批大小。实现这一点需要有足够的 KV 缓存来支持，同时还需要足够的内存来存储模型的近 500B 参数。

虽然具有挑战性，但Snowflake 通过使用两个节点进行推理，并结合FP8 权重、split-fuse 和连续批处理、节点内张量并行以及节点间pipeline 并行等系统优化来实现。

研究团队已与 NVIDIA 展开密切合作，针对由 TensorRT-LLM 驱动的 NVIDIA NIM 微服务进行推理优化。同时，研究团队还与 vLLM 社区合作，内部开发团队也将在未来几周内为企业用例实现 Arctic 的高效推理。

^{参考链接：https://www.snowflake.com/blog/arctic-open-efficient-foundation-language-models-snowflake/}

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