一、何為大模型？

大模型，英文名叫Large Model，也被稱為基礎模型（Foundation Model）。

我們通常說的大模型，主要指的是其中最常用的一類——大語言模型（Large Language Model，簡稱LLM）。除此之外，還有視覺大模型、多模態(tài)大模型等。所有這些類別合在一起，被稱為廣義的大模型；而狹義的大模型則特指「大語言模型」。

1. 大模型的本質

從本質上來講，大模型是包含超大規(guī)模參數（通常在十億個以上）的神經網絡模型。這些參數使得大模型能夠處理和理解復雜的任務，如自然語言處理、圖像識別等。

2. 神經網絡的基礎

神經網絡是AI領域目前最基礎的計算模型。它通過模擬大腦中神經元的連接方式，能夠從輸入數據中學習并生成有用的輸出。

如下圖所示，一個典型的神經網絡結構包括：

• 輸入層：接收外部輸入數據。
• 隱藏層：多個中間層，每層神經元與下一層的所有神經元都有連接(即全連接神經網絡)，負責數據的特征提取和轉換。
• 輸出層：生成最終的輸出結果。

常見的神經網絡架構有：

• 卷積神經網絡（CNN）：主要用于圖像處理。
• 循環(huán)神經網絡（RNN）：適用于序列數據處理，如時間序列分析。
• 長短時記憶網絡（LSTM）：改進版的RNN，能更好地處理長期依賴問題。
• Transformer架構：目前業(yè)界大部分大模型都采用了這種架構，尤其擅長處理自然語言任務。

二、大模型的“大”體現在哪些方面？

大模型的“大”，不僅僅是參數規(guī)模大，還包括以下幾個方面：

• 參數規(guī)模大：大模型包含數十億甚至數千億個參數，使其能夠捕捉更復雜的模式和關系。
• 架構規(guī)模大：大模型通常具有非常深的網絡結構，層數可達幾十層甚至上百層。
• 訓練數據大：大模型需要海量的數據進行預訓練，以確保其具備廣泛的知識和能力。
• 算力需求大：訓練大模型需要強大的計算資源，如高性能GPU集群或TPU，以支持大規(guī)模的并行計算。

以OpenAI公司的GPT-3為例，共有96層隱藏層，每層包含2048個神經元，其架構規(guī)模非常龐大。

大模型的參數數量和神經元節(jié)點數之間存在一定的關系。簡單來說，神經元節(jié)點數越多，參數也就越多。GPT-3整個模型的參數數量約為1750億個。

GPT-3的訓練數據也非常龐大，采用了多種高質量的數據集進行預訓練：

• CC數據集：4千億詞
• WebText2：190億詞
• BookCorpus：670億詞
• 維基百科：30億詞

這些數據集加起來，原始數據總量達到了45TB，即使經過清洗后也有570GB。如此海量的數據確保了GPT-3具備廣泛的知識和能力，能夠在各種自然語言任務上表現優(yōu)異。

還有算力需求。很具公開數據顯示，訓練GPT-3大約需要3640PFLOP·天。如果使用512張NVIDIA A100 GPU（單卡算力195 TFLOPS），大約需要1個月的時間。實際上，由于訓練過程中可能會出現中斷或其它問題，實際所需時間可能會更長。

總而言之，大模型就是一個虛擬的龐然大物，具有復雜的架構、龐大的參數量、依賴海量數據，并且訓練過程非常燒錢。

而參數較少（一般在百萬級以下）、層數較淺的小模型，具有輕量級、高效率和易于部署的特點，適用于數據量較小、計算資源有限的垂直領域場景，如簡單的文本分類、情感分析等任務。

三、大模型是如何訓練出來的？

眾所周知，大模型可以通過學習海量數據，吸收數據里面的“知識”。然后再對知識進行運用，例如回答問題、生成內容等。

而「學習知識的過程，就是訓練過程。運用知識的過程，即為推理?！?/p>

大模型的訓練，又分為兩個主要環(huán)節(jié)：預訓練（Pre-training）和微調（Fine-tuning）。

1. 預訓練

在預訓練時，首先需要選擇一個合適的模型框架，例如Transformer。然后，通過“投喂”前面提到的海量數據，讓大模型學習到通用的特征表示。

(1) 為什么大模型具有強大的學習能力？

大模型之所以具備如此強大的學習能力，主要歸功于其龐大的參數規(guī)模和復雜的神經網絡結構。我們可以從以下幾個方面來理解這一點：

① 神經元與權重的關系

如上圖，深度學習模型中的每個神經元可以看做是一個函數計算單元。輸入x經過一系列線性變換和非線性激活函數后，產生輸出y。這個過程可以用以下公式表示：

其中，

• W是權重（weights），決定了輸入特征對模型輸出的影響程度。
• b是偏置（bias），影響神經元的激活閾值，即神經元對輸入信號的敏感程度。
• f是激活函數，如ReLU、Sigmoid等，用于引入非線性特性。

權重是最主要的參數之一。通過反復訓練，模型不斷調整權重，使其能夠更好的擬合訓練數據。「這也就是訓練的核心意義——找到最合理的權重和偏置組合，使得模型能夠在新數據上表現良好?！?/p>

 ② 參數與學習能力的關系

參數越多，模型通常能夠學習到更復雜的模式和特征，從而在各種任務上表現出更強的性能。

我們通常會說大模型具有兩個特征能力——涌現能力和泛化能力。

當模型的訓練數據和參數不斷擴大，直到達到一定的臨界規(guī)模后，會表現出一些未能預測的、更復雜的能力和特性。模型能夠從原始訓練數據中，自動學習并發(fā)現新的、更高層次的特征和模式。這種能力，被稱為“涌現能力”。

“涌現能力”，可以理解為大模型的腦子突然“開竅”了，不再僅僅是復述知識，而是能夠理解知識，并且能夠發(fā)散思維。

泛化能力，是指大模型通過“投喂”海量數據，可以學習復雜的模式和特征，可以對未見過的數據做出準確的預測。就像董宇輝一樣，書讀得多了，有些書雖然沒讀過，他也能說幾句。

③ 過擬合的風險

然而，參數規(guī)模越來越大，雖然能讓大模型變得更強，但是也會帶來更龐大的資源消耗，甚至可能增加“過擬合”的風險。

過擬合，即是指模型對訓練數據學習得過于精確，以至于它開始捕捉并反映訓練數據中的噪聲和細節(jié)，而不是數據的總體趨勢或規(guī)律。換句話說，模型變成了“書呆子”，只會死記硬背，不愿意融會貫通。

(2) 預訓練使用的數據

預訓練使用的數據是海量的未標注數據（幾十TB）。之所以使用未標注數據，是因為互聯網上存在大量的此類數據，很容易獲取。而標注數據（基本上靠人工標注）需要消耗大量的時間和金錢，成本太高。

① 數據預處理

為了確保數據的質量和適用性，整個數據需要經過以下預處理步驟：

• 收集：從多個來源收集原始數據。
• 清洗：去除異常數據和錯誤數據。
• 脫敏：刪除隱私信息，確保數據安全。

分類：對數據進行分類，使其更標準化，有利于后續(xù)訓練。

② 獲取數據的方式

獲取數據的方式也是多樣化的：

• 個人和學術研究：可以通過官方論壇、開源數據庫或研究機構獲取。
• 企業(yè)：既可以自行收集和處理，也可以直接通過外部渠道（市場上有專門的數據提供商）購買。

(3) 無監(jiān)督學習方法

預訓練模型通過無監(jiān)督學習從未標注數據中學習到通用特征和表示。常見的無監(jiān)督學習方法包括：

• 自編碼器（Autoencoder）：通過學習數據的壓縮表示來進行重構。
• 生成對抗網絡（GAN）：通過生成器和判別器之間的對抗訓練來學習數據分布。
• 掩碼語言建模（Masked Language Modeling, MLM）：隨機遮蔽部分輸入文本，讓模型預測被遮蔽的部分。
• 對比學習（Contrastive Learning）：通過對比相似和不相似的數據樣本，學習數據的表示。

2. 微調

預訓練學習之后，我們得到了一個通用大模型，這種模型雖然具備廣泛的知識和能力，但在完成特定任務時往往表現不佳。因此，我們需要對模型進行微調。

(1) 什么是微調？

「微調（Fine-tuning）」是給大模型提供特定領域的標注數據集，對預訓練的模型參數進行微小的調整，使其更好地完成特定任務。通過微調，可以顯著提升模型在特定任務上的性能。

微調之后的大模型可以根據應用場景分為不同層次：

• 通用大模型：類似于中小學生，具有廣泛的基礎知識，但缺乏專業(yè)性。
• 行業(yè)大模型：基于特定行業(yè)的數據集進行微調。如金融證券大模型通過基于金融證券數據集的微調，可以得到一個專門用于金融分析和預測的大模型。這相當于大學本科生，具備了更專業(yè)的知識和技能。
• 專業(yè)大模型（或垂直大模型）：進一步細分到更具體的領域，如金融領域的股票預測等。這相當于研究生，具備高度專業(yè)化的能力。

如下圖所示。

(2) 微調的優(yōu)勢

• 減少計算資源需求：微調階段使用的數據量遠小于預訓練階段，因此對算力的需求也小很多。通常只需要少量的GPU或TPU即可完成微調過程。
• 提高任務特定性能：預訓練模型在廣泛的數據上學習到了通用特征，但這些特征不一定能很好地適用于特定任務。通過微調，模型可以在特定任務上表現出更高的準確性和效率。
• 避免重復投入：對于大部分大模型廠商來說，他們一般只做預訓練，不做微調。而對于行業(yè)客戶來說，他們一般只做微調，不做預訓練?！邦A訓練+微調”這種分階段的大模型訓練方式，可以避免重復的投入，節(jié)省大量的計算資源，顯著提升大模型的訓練效率和效果。

(3) 微調的具體步驟

① 選擇合適的標注數據集：標注數據集是微調的關鍵。需要根據具體任務選擇高質量的標注數據，確保數據的多樣性和代表性。

② 調整模型參數：在微調過程中，通過對少量標注數據的訓練，對預訓練模型的參數進行微小的調整，使其更適合特定任務。常見的微調方法包括：

• 全層微調：調整所有層的參數。
• 部分層微調：僅調整部分層的參數，保留其他層的參數不變。
• 凍結部分層：凍結某些層的參數，僅調整新添加的層或特定層的參數。

③ 評估模型性能：微調完成后，需要對大模型進行全面評估。評估內容包括性能、穩(wěn)定性和準確性等，以確認模型是否符合設計要求。常用的評估方法包括：

• 使用實際數據或模擬場景進行測試。
• 比較模型在不同任務上的表現。
• 分析模型的推理速度和資源消耗。

④ 部署與推理：評估和驗證完成后，大模型就可以部署到生產環(huán)境中，用于推理任務。此時，模型的參數已經定型，不再變化，可以真正開始工作。推理過程就是用戶通過提問或提供提示詞（Prompt），讓大模型回答問題或生成內容。

完整的流程圖如下圖所示：

四、大模型到底有什么作用？

1. 按訓練數據類型分類的大模型

根據訓練的數據類型和應用方向，大模型通常分為以下幾類：

• 語言大模型（以文本數據進行訓練）
• 音頻大模型（以音頻數據進行訓練）
• 視覺大模型（以圖像數據進行訓練）
• 多模態(tài)大模型（結合文本、圖像、音頻等多種模態(tài)的數據）

每種類型的大模型在不同領域中發(fā)揮著重要作用。其中，

(1) 語言大模型

應用場景：自然語言處理（NLP）

功能特點：

• 理解、生成和處理人類語言：能夠理解和生成高質量的自然語言文本。
• 文本內容創(chuàng)作：生成文章、詩歌、代碼等。
• 文獻分析：自動摘要、關鍵詞提取、情感分析等。
• 機器翻譯：將一種語言翻譯成另一種語言。
• 對話系統：如ChatGPT，用于構建智能聊天機器人。

典型應用：

• 內容創(chuàng)作：自動生成新聞報道、博客文章、技術文檔等。
• 客服支持：自動化客戶服務，回答用戶問題。
• 教育輔助：幫助學生學習語言、編寫作文等。
• 法律文件處理：審查合同、撰寫法律意見書等。

(2) 音頻大模型

應用場景：語音識別與合成

功能特點：識別和生成語音內容：能夠準確識別語音并轉換為文本，或根據文本生成自然的語音。

典型應用：

• 語音助手：如Siri、Alexa等智能語音助手。
• 語音客服：自動應答電話客服系統。
• 智能家居控制：通過語音命令控制家電設備。
• 語音轉文字：會議記錄、采訪轉錄等。

(3) 視覺大模型

應用場景：計算機視覺（CV）

功能特點：識別、生成和修復圖像：能夠識別物體、場景、人臉等，并生成或修復圖像。

典型應用：

• 安防監(jiān)控：實時監(jiān)控和異常檢測。
• 自動駕駛：識別道路、行人、交通標志等。
• 醫(yī)學影像分析：輔助醫(yī)生診斷疾病，如X光、CT掃描等。
• 天文圖像分析：識別星系、行星等天體。

(4) 多模態(tài)大模型

應用場景：跨領域任務

功能特點：整合并處理來自不同模態(tài)的信息：可以處理文本、圖像、音頻和視頻等多種形式的數據。

典型應用：

• 文生圖：根據文本描述生成相應的圖像。
• 文生視頻：根據文本描述生成視頻內容。
• 跨媒體搜索：通過上傳圖片搜索相關的文字描述，或通過文字搜索相關圖片。
• 多媒體內容創(chuàng)作：生成包含文本、圖像、音頻的綜合內容。

2. 按應用場景分類的大模型

除了按照數據類型分類，大模型還可以根據具體應用場景進一步細分。

• 金融大模型：用于風險管理、信用評估、交易監(jiān)控、市場預測、合同審查、客戶服務等。
• 醫(yī)療大模型：用于疾病診斷、藥物研發(fā)、基因分析、健康管理等。
• 法律大模型：用于法律咨詢、合同審查、案例分析、法規(guī)檢索等。
• 教育大模型：用于個性化學習、在線輔導、考試評估、課程推薦等。
• 代碼大模型：用于代碼生成、代碼補全、代碼審查、編程助手等。
• 能源大模型：用于能源管理、故障預測、優(yōu)化調度等。
• 政務大模型：用于政策分析、輿情監(jiān)測、公共服務等。
• 通信大模型：用于網絡優(yōu)化、故障診斷、服務質量提升等。

五、大模型的發(fā)展趨勢

截至2024年3月25日，中國10億參數規(guī)模以上的大模型數量已經超過100個，號稱“百模大戰(zhàn)”。這些大模型的應用領域、參數規(guī)模各有不同，但背后都是高昂的成本。根據行業(yè)估測的數據，訓練一個大模型的成本可能在幾百萬美元到上億美元之間。例如，GPT-3的訓練成本約為140萬美元，而Claude 3模型的訓練費用高達約1億美元。

隨著行業(yè)的逐漸理性化，大模型的發(fā)展趨勢也發(fā)生了顯著變化，主要體現在以下幾個方面：

(1) 從追求參數規(guī)模到注重實際應用

• 頭部企業(yè)繼續(xù)探索超大規(guī)模模型：盡管大部分企業(yè)已經將萬卡和萬億參數視為天花板，但是仍有一些頭部企業(yè)在死磕參數規(guī)模更大的超大模型（擁有數萬億到數千萬億個參數），如OpenAI、xAI等。馬斯克宣布xAI團隊成功啟動了世界上最強大的AI訓練集群，由10萬塊H100組成，主要用于Grok 2和Grok 3的訓練和開發(fā)。
• 其他企業(yè)轉向實用化：對于大部分企業(yè)來說，再往上走的意愿不強烈，錢包也不允許。因此，越來越多的企業(yè)將關注點從“打造大模型”轉向“使用大模型”，如何將大模型投入具體應用、吸引更多用戶、通過大模型創(chuàng)造收入成為各大廠商的頭等任務。

(2) 大模型的輕量化與端側部署

• AI手機、AI PC、具身智能的概念越來越火：為了將大模型的能力下沉到終端設備，AI手機、AI PC、具身智能等概念成為新的發(fā)展熱點。高通、聯發(fā)科等芯片廠商推出了具有更強AI算力的手機芯片，OPPO、vivo等手機廠商也在手機中內置了大模型，并推出了許多原生AI應用。
• 第三方AI應用的數量激增：根據行業(yè)數據顯示，具有AI功能的APP數量已達到300多萬款。2024年6月，AIGC類APP的月活躍用戶規(guī)模達6170萬，同比增長653%。
• 輕量化技術的應用：為了在資源受限的設備上運行，大模型將通過剪枝、量化、蒸餾等技術進行輕量化，保持性能的同時減少計算資源需求。這使得大模型可以在移動設備、嵌入式系統等環(huán)境中高效運行。

(3) 開源與閉源并行

• 開源大模型的廣泛應用：大部分大模型是基于開源大模型框架和技術打造的，實際上是為了迎合資本市場的需求或蹭熱度。開源大模型為中小型企業(yè)提供了低成本進入AI領域的途徑，促進了創(chuàng)新和應用的多樣化。
• 閉源大模型的高端競爭：有能力做閉源大模型的企業(yè)并不多，但這些企業(yè)的閉源大模型往往具備更高的安全性和定制化能力，適用于對數據隱私和性能要求較高的場景。

(4) 多模態(tài)融合的趨勢

• 跨領域任務處理：多模態(tài)大模型結合了NLP和CV的能力，通過整合并處理來自不同模態(tài)的信息（文本、圖像、音頻和視頻等），可以處理復雜的跨領域任務，如文生圖、文生視頻、跨媒體搜索等。

六、大模型會帶來哪些挑戰(zhàn)？

大模型確實是一個強大的工具，能夠幫助我們節(jié)約時間、提升效率，但同時也是一把雙刃劍，帶來了多方面的挑戰(zhàn)。以下是大模型在倫理、法律、社會和經濟層面的主要挑戰(zhàn)：

(1) 影響失業(yè)率

• 崗位替代：大模型所掀起的AI人工智能浪潮可能導致一些人類工作崗位被替代，尤其是那些重復性高、規(guī)則明確的工作，如客服、數據錄入、內容審核等。
• 失業(yè)率上升：隨著自動化程度的提高，短期內可能會導致失業(yè)率上升，給社會穩(wěn)定帶來壓力。

(2) 版權與知識產權問題

• 內容生成爭議：大模型基于已有數據進行學習，生成的內容（文本、圖像、音樂、視頻等）可能引發(fā)版權和知識產權問題。這些內容雖然幫助了創(chuàng)作，但也“引用”了人類創(chuàng)作者的作品，界限難以區(qū)分。
• 打擊創(chuàng)作熱情：長此以往，可能會打擊人類的原生創(chuàng)作熱情，減少原創(chuàng)作品的數量和質量。

(3) 算法偏見和不公平

• 偏差傳遞：訓練數據中存在的偏差會導致大模型學習到這些偏差，從而在預測和生成內容時表現出不公平的行為。例如，性別、種族、宗教等方面的偏見可能被無意中強化。
• 社會影響：大模型生成的內容可能被用于政治宣傳和操縱，影響選舉和公共輿論，進一步加劇社會不平等。

(4) 被用于犯罪

• 惡意用途：大模型可以生成逼真的文本、圖像、語音和視頻，這些內容可能被用于詐騙、誹謗、虛假信息傳播等惡意用途。
• 監(jiān)管難度：由于大模型生成的內容難以區(qū)分真假，給監(jiān)管帶來了巨大挑戰(zhàn)。

(5) 能耗問題

• 資源消耗：大模型的訓練和推理需要大量的計算資源，這不僅增加了成本，還帶來了巨大的碳排放。
• 無意義的碳排放：很多企業(yè)為了服務于資本市場或跟風，盲目進行大模型訓練，消耗了大量的資源，導致了無意義的碳排放。

總之，大模型在倫理、法律、社會和經濟層面帶來的挑戰(zhàn)是多方面的，需要社會各界共同努力來解決。通過完善法律法規(guī)、加強技術研發(fā)、提高公眾意識等手段，可以在充分發(fā)揮大模型優(yōu)勢的同時，有效應對這些挑戰(zhàn)，推動人工智能的健康發(fā)展。