Transformer l'efficacité : Innovations dans les modèles de langue
De nouvelles méthodes améliorent la vitesse et l'utilisation d'énergie des transformateurs dans le traitement du langage.
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Table des matières
Dans le monde de la technologie, les transformateurs sont devenus essentiels pour comprendre et générer le langage humain. Ces modèles prennent des entrées et peuvent produire des réponses qui semblent assez intelligentes. Cependant, les transformateurs nécessitent souvent beaucoup de puissance de calcul et de mémoire, ce qui les rend lents et difficiles à utiliser sur des appareils quotidiens.
Les Défis des Transformateurs
Les transformateurs excellent dans le traitement du langage parce qu'ils peuvent examiner le contexte entier d'une phrase en même temps. Cette capacité leur permet de mieux comprendre la signification derrière les mots que les anciens modèles qui traitaient les mots un par un. Malgré leurs avantages, il y a quelques obstacles importants :
Besoins en Ressources Élevés : Les grands transformateurs nécessitent un matériel informatique coûteux pour fonctionner efficacement. Ils consomment souvent des quantités énormes de mémoire et de puissance de traitement.
Traitement Lent : À cause de leurs calculs complexes, les transformateurs peuvent être lents, surtout quand il s'agit de tâches en temps réel comme les chatbots ou les services de traduction.
Consommation Énergétique : L'énergie nécessaire pour faire fonctionner de grands modèles peut être une préoccupation, surtout pour les appareils mobiles qui dépendent des batteries.
Innovations dans l'Accélération des Transformateurs
Un groupe de chercheurs a travaillé sur une nouvelle approche pour rendre les transformateurs plus efficaces. Ils se sont concentrés sur deux idées principales :
Élagage dynamique : Cela signifie retirer des calculs inutiles pendant que le modèle fonctionne. Au lieu de traiter chaque morceau de données, le modèle peut ignorer des parties qui ne sont pas nécessaires, ce qui le rend plus rapide et moins énergivore.
Conception Matérielle Intelligente : Ils ont créé un nouveau matériel, appelé AccelTran, qui est spécialement conçu pour bien fonctionner avec les transformateurs. Ce matériel est organisé de manière à maximiser ses performances, rendant le système global plus rapide et plus économe en énergie.
Comment Fonctionne l'Élagage Dynamique
Quand un transformateur traite des informations, il effectue plusieurs calculs. Pas tous ces calculs contribuent de manière significative au résultat final. L'élagage dynamique identifie et retire les calculs qui n'affecteront pas le résultat, permettant au transformateur de se concentrer sur les parties importantes.
Ajustements en Temps Réel : L'élagage se fait pendant que le modèle fonctionne, répondant rapidement aux données qu'il traite. Cette flexibilité aide à maintenir une grande précision tout en accélérant le processus.
Faible Surcharge : La méthode d'élagage introduite est efficace, ce qui signifie qu'elle ne nécessite pas beaucoup de puissance de traitement supplémentaire pour être mise en œuvre. Cette efficacité est cruciale car elle garantit que les bénéfices de l'élagage ne se font pas au prix de délais supplémentaires.
Le Matériel Derrière AccelTran
AccelTran est un matériel sur mesure qui intègre la méthode d'élagage dynamique. Il comprend plusieurs éléments importants :
Éléments de traitement (PES) : Ce sont les unités principales qui gèrent les calculs. Elles effectuent le travail lourd du modèle transformateur et ont été optimisées pour l'efficacité.
Gestion de la mémoire : Une utilisation efficace de la mémoire est essentielle pour réduire le temps et l'énergie dépensés sur les calculs. AccelTran emploie une méthode astucieuse de stockage et d'accès aux données pour répondre rapidement et efficacement aux besoins des transformateurs.
Opérations Tuilées : Au lieu d'essayer de tout calculer en même temps, les calculs sont divisés en petites pièces gérables. Ce tuilage aide à mieux utiliser le matériel, permettant aux calculs de se produire en parallèle, ce qui signifie que de nombreux calculs peuvent se faire simultanément.
Résultats de Performance
La nouvelle approche a montré d'excellents résultats lors des tests. En comparant le nouveau système à des configurations standard :
Vitesse Accrue : AccelTran a surpassé d'autres plateformes, atteignant des débits nettement plus élevés. Par exemple, il a été prouvé qu'il était plus de trois cents fois plus rapide que certains appareils simples existants comme le Raspberry Pi.
Utilisation Énergétique Réduite : Tout en offrant de meilleures performances, le nouveau système nécessite également moins d'énergie. Cette amélioration est particulièrement importante pour les appareils mobiles, où la durée de vie de la batterie est un facteur crucial.
Meilleure Précision : Même avec toutes les améliorations de vitesse et les économies d'énergie, la précision est restée élevée. Cet équilibre est essentiel pour les applications où la précision est nécessaire, comme les services de traduction et les tâches de questions-réponses.
Applications de Ces Innovations
Les avancées dans l'accélération des transformateurs peuvent avoir un impact sur de nombreux domaines, y compris :
Traitement du Langage Naturel : De meilleurs modèles plus rapides peuvent mener à des chatbots améliorés, des services de traduction et même des assistants vocaux qui comprennent le contexte et les nuances beaucoup mieux qu'auparavant.
Vision par Ordinateur : Bien connus principalement pour le langage, les transformateurs font également des vagues dans le traitement d'images. Des modèles plus rapides peuvent mener à une analyse d'images et de vidéos en temps réel, utile dans des secteurs comme la sécurité et le divertissement.
Santé : Dans des contextes où le traitement des données en temps utile est essentiel, comme le suivi de la santé des patients ou la lecture d'images médicales, ces nouveaux systèmes peuvent fournir des insights plus rapides.
Directions Futures
Alors que la technologie continue d'évoluer, il y a plusieurs domaines où des améliorations pourraient être recherchées :
Réduction Supplémentaire de la Consommation Énergétique : Avec la recherche continue, il pourrait y avoir plus de focus pour rendre les systèmes encore plus économes en énergie, leur permettant de fonctionner plus longtemps sans épuiser les batteries.
Applications dans Plus de Langues : Bien que de nombreux systèmes actuels fonctionnent principalement en anglais, de nouveaux développements pourraient conduire à des modèles qui comprennent et répondent efficacement à de nombreuses langues.
Intégration avec Plus d'Appareils : Rendre ces systèmes compatibles avec une plus large gamme d'appareils, des gadgets de maison intelligente à la machinerie industrielle, pourrait étendre leur utilisabilité.
Modèles sur Mesure pour Tâches Spécifiques : Adapter des modèles de transformateurs pour effectuer des tâches spécifiques-comme l'analyse de sentiments ou la résumation-peut fournir une meilleure performance et précision dans ces domaines.
Conclusion
Les développements autour de l'accélérateur AccelTran et de la méthode d'élagage dynamique représentent des avancées significatives dans la façon dont les transformateurs peuvent être utilisés. En abordant les principaux défis de vitesse, de consommation d'énergie et de complexité, la nouvelle approche ouvre la voie à des applications plus larges. Alors que ces innovations continuent d'évoluer, elles promettent de rendre des outils puissants plus accessibles et efficaces pour tous. Ce parcours vers une meilleure technologie détient un grand potentiel, ouvrant la voie à des interactions plus intelligentes entre les humains et les machines.
Titre: AccelTran: A Sparsity-Aware Accelerator for Dynamic Inference with Transformers
Résumé: Self-attention-based transformer models have achieved tremendous success in the domain of natural language processing. Despite their efficacy, accelerating the transformer is challenging due to its quadratic computational complexity and large activation sizes. Existing transformer accelerators attempt to prune its tokens to reduce memory access, albeit with high compute overheads. Moreover, previous works directly operate on large matrices involved in the attention operation, which limits hardware utilization. In order to address these challenges, this work proposes a novel dynamic inference scheme, DynaTran, which prunes activations at runtime with low overhead, substantially reducing the number of ineffectual operations. This improves the throughput of transformer inference. We further propose tiling the matrices in transformer operations along with diverse dataflows to improve data reuse, thus enabling higher energy efficiency. To effectively implement these methods, we propose AccelTran, a novel accelerator architecture for transformers. Extensive experiments with different models and benchmarks demonstrate that DynaTran achieves higher accuracy than the state-of-the-art top-k hardware-aware pruning strategy while attaining up to 1.2$\times$ higher sparsity. One of our proposed accelerators, AccelTran-Edge, achieves 330K$\times$ higher throughput with 93K$\times$ lower energy requirement when compared to a Raspberry Pi device. On the other hand, AccelTran-Server achieves 5.73$\times$ higher throughput and 3.69$\times$ lower energy consumption compared to the state-of-the-art transformer co-processor, Energon. The simulation source code is available at https://github.com/jha-lab/acceltran.
Auteurs: Shikhar Tuli, Niraj K. Jha
Dernière mise à jour: 2023-05-01 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2302.14705
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2302.14705
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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