大模型项目落地时，该如何估算模型所需GPU算力资源

news2024/11/25 22:32:10

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近期公司有大模型项目落地。在前期沟通时，对于算力估算和采购方案许多小伙伴不太了解，在此对相关的算力估算和选择进行一些总结。

不喜欢过程的可以直接跳到HF上提供的模型计算器

要估算大模型的所需的显卡算力，首先要了解大模型的参数基础知识。

大模型的规模、参数的理解

模型参数单位

我们的项目中客户之前测试过Qwen1.5 -110B的模型，效果还比较满意。（Qwen还是国产模型中比较稳定的也是很多项目的首选）
模型中的110B 术语通常指的是大型神经网络模型的参数数量。其中的 “B” 代表 “billion”，也就是十亿。表示模型中的参数量，每个参数用来存储模型的权重和偏差等信息。110B也就是1100亿参数。（大模型的能力涌现基本都是参数要在千亿之上，几十亿几百亿的参数模型虽然也能满足大多数场景，但是谁不想要个更好的呢？『手动狗头』）
比如最新的Qwen2 开源了 5种模型规模，包括0.5B、1.5B、7B、57B-A14B和72B；（57B-A14B模型是570亿参数激活140亿的意思）

模型参数精度

在深度学习领域内，构建高效率且精确度高的神经网络模型时，选择适当的参数精度至关重要。参数的精度通常指的是其存储和计算方式所采用的数据类型（data type），这直接关系到内存使用、计算性能以及最终模型的准确性。

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单精度浮点数（float32）：

单精度浮点数主要用于表示实数，具有较高的数值精确度，广泛应用于深度学习任务中。它的优点是能提供足够的精度来处理大部分的计算需求，而其32位的数据结构在内存中的占用空间仅为4字节。

半精度浮点数（float16）：

相较于单精度浮点数，半精度浮点数具有较低的存储位数（16位），因此可以显著减少所需内存，并加速计算过程。这种数据类型尤其适合在图形处理器（GPU）上进行大量并行处理的应用场景。

BF16，全称为Brain Floating Point Format，是一种16位的半精度浮点数格式，特别为机器学习和人工智能领域的高性能计算优化而设计。BF16是在FP32（单精度浮点数）的基础上进行简化，旨在通过减少存储和计算需求来加速计算密集型任务，同时尽量减少对模型精度的损失。
具体来说，BF16浮点数格式由以下几个部分组成：

1位符号位，用来表示数值的正负。

8位指数位，相较于FP16的5位指数位，这提供了更宽的数值范围，有助于避免在处理较大或较小数值时的上溢或下溢问题。

7位尾数位（也称为小数部分或 mantissa），相比FP16的10位尾数位，这导致BF16在表示小数时的精度略低。

BF16的设计目标是在牺牲一定精度的前提下，提供足够的数值范围来支持深度学习模型的高效运行，尤其是在大规模分布式训练和高性能推理场景中。由于许多深度学习算法对数值的精确度要求不是极高，因此这种折衷在很多情况下是可以接受的，并且能够显著减少内存带宽需求和提高计算效率。

值得注意的是，BF16最初由Google提出，并在一些特定的硬件平台上获得了支持，比如某些CPU（特别是支持ARM NEON指令集的处理器）和NVIDIA的Ampere架构及后续版本的GPU，这些硬件直接支持BF16的加速运算，进一步促进了BF16在AI应用中的普及。

双精度浮点数（float64）：

提供更高的数值精确度的是双精度浮点数，通常用于对数值精确度要求较高的任务中，如某些科学研究或金融分析等。虽然提供了额外的准确性保障，但这种数据类型占用内存较大，每单位存储需要8字节。

整数（int32, int64）：

在深度学习中，对于处理离散值的情况，例如类别标签，通常会使用整型数据。有符号整数（如int32）能表示正负值，而无符号整数（如uint32）仅用于非负整数。这两种类型分别需要占用4字节和8字节的内存。

参数精度的选择是深度学习实践中的一门艺术，它要求平衡对精度的需求、系统资源限制以及计算效率之间的考量。通常情况下，在不影响模型性能的前提下，倾向于使用较低精度的数据类型以节省内存并提高计算速度。然而，当面对需要更高精度分析的任务时，可能需要权衡增加的内存消耗与提升的准确度。
理解各种参数精度的特点及其在深度学习中的应用是构建高效、优化资源利用和提高模型性能的关键因素之一。在实际应用中，选择适当的参数精度应当基于任务的具体需求、硬件能力以及预期的计算资源限制综合考虑。