論文の概要: ShiftAddLLM: Accelerating Pretrained LLMs via Post-Training Multiplication-Less Reparameterization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.05981v3
• Date: Thu, 25 Jul 2024 17:20:48 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-26 18:47:24.518642
• Title: ShiftAddLLM: Accelerating Pretrained LLMs via Post-Training Multiplication-Less Reparameterization
• Title（参考訳）: ShiftAddLLM: トレーニング後の乗算レスパラメータ化による事前学習LDMの高速化
• Authors: Haoran You, Yipin Guo, Yichao Fu, Wei Zhou, Huihong Shi, Xiaofan Zhang, Souvik Kundu, Amir Yazdanbakhsh, Yingyan Celine Lin,
• Abstract要約: ShiftAddLLMは大規模言語モデルの効率的な乗算自由モデルである。 5.6および22.7ポイントのパープレキシティ改善を同等または低いレイテンシで達成する。 5つのLLMファミリーと8つのタスクの実験は、ShiftAddLLMの有効性を一貫して検証している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.622268474310918
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Large language models (LLMs) have shown impressive performance on language tasks but face challenges when deployed on resource-constrained devices due to their extensive parameters and reliance on dense multiplications, resulting in high memory demands and latency bottlenecks. Shift-and-add reparameterization offers a promising solution by replacing costly multiplications with hardware-friendly primitives in both the attention and multi-layer perceptron (MLP) layers of an LLM. However, current reparameterization techniques require training from scratch or full parameter fine-tuning to restore accuracy, which is resource-intensive for LLMs. To address this, we propose accelerating pretrained LLMs through post-training shift-and-add reparameterization, creating efficient multiplication-free models, dubbed ShiftAddLLM. Specifically, we quantize each weight matrix into binary matrices paired with group-wise scaling factors. The associated multiplications are reparameterized into (1) shifts between activations and scaling factors and (2) queries and adds according to the binary matrices. To reduce accuracy loss, we present a multi-objective optimization method to minimize both weight and output activation reparameterization errors. Additionally, based on varying sensitivity across layers to reparameterization, we develop an automated bit allocation strategy to further reduce memory usage and latency. Experiments on five LLM families and eight tasks consistently validate the effectiveness of ShiftAddLLM, achieving average perplexity improvements of 5.6 and 22.7 points at comparable or lower latency compared to the most competitive quantized LLMs at 3 and 2 bits, respectively, and more than 80% memory and energy reductions over the original LLMs. Codes and models are available at https://github.com/GATECH-EIC/ShiftAddLLM.
• Abstract（参考訳）: 大規模言語モデル(LLM)は、言語タスクにおいて顕著なパフォーマンスを示しているが、リソース制約のあるデバイスにデプロイする際の課題は、その広範なパラメータと密度の高い乗算に依存するため、高いメモリ要求と遅延ボトルネックをもたらす。 Shift-and-add再パラメータ化は、LLMの注目層と多層パーセプトロン(MLP)層の両方において、ハードウェアフレンドリなプリミティブにコストのかかる乗算を置き換えることで、有望なソリューションを提供する。 しかし、現在の再パラメータ化技術では、LLMのリソース集約的な精度を回復するために、スクラッチやフルパラメータの微調整からのトレーニングが必要である。 そこで本研究では,事前学習後の再パラメータ化を高速化し,ShiftAddLLMと呼ばれる効率的な乗算自由モデルを作成することを提案する。 具体的には,各重み行列を群ワイドスケーリング因子と組み合わせた二乗行列に定量化する。 関連する乗算は(1)アクティベーションとスケーリング係数のシフト、(2)クエリに再パラメータ化され、バイナリ行列に従って加算される。 精度損失を低減するため,重みと出力のアクティベーション再パラメータ化誤差を最小化する多目的最適化手法を提案する。 さらに、再パラメータ化のための層間の感度の変化に基づいて、メモリ使用量とレイテンシをさらに削減する自動ビット割り当て戦略を開発する。 5つのLLMファミリーと8つのタスクによる実験は、ShiftAddLLMの有効性を一貫して検証し、それぞれ3ビットと2ビットの最も競争力のある量子化LDMと比較して5.6ポイントと22.7ポイントの平均パープレキシティ改善を実現し、元のLCMよりも80%以上のメモリとエネルギー削減を実現した。 コードとモデルはhttps://github.com/GATECH-EIC/ShiftAddLLM.comで公開されている。

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