AI大模型行业专题报告：大模型发展迈入爆发期，开启AI新纪元

大规模语言模型（Large Language Models，LLM）泛指具有超大规模参数或者经过超大规模数据训练所得到的语言模型。与传统语言模型相比，大语言模型的构建过程涉及到更为复杂的训练方法，进而展现出了强大的自然语言理解能力和复杂任务求解能力。

大模型发展普遍呈现“规模定律”（Scaling Law）特征，即：模型的性能与模型的规模、数据集大小和训练用的计算量之间存在幂律关系，性能会随着这三个因素的指数增加而线性提高。大模型的参数规模远大于传统深度学习模型，传统模型参数量通常在数万至数亿之间，大模型的参数量则至少在亿级，并已发展到过万亿级的规模。如OpenAI的GPT-1到GPT-3，参数量从1.1亿大幅提升至1746亿，GPT-4非官方估计达到万亿参数（根据Semianalysis消息，GPT-4包含1.8万亿参数），实现性能的突破。根据Google论文，这种大模型具有但小模型不具有的能力通常被称为“涌现能力”（Emergent Abilities）。

Transformer是LLM基座，核心优势在于Self-attention机制

当前主流大模型普遍是基于Transformer模型进行设计的。Transformer模型在Google团队2017年论文《Attention Is All You Need》中被首次提出，Transformer的核心优势在于具有独特的自注意力（Self-attention）机制，能够直接建模任意距离的词元之间的交互关系，解决了循环神经网络（RNN）、卷积神经网络（CNN）等传统神经网络存在的长序列依赖问题。相较于RNN，Transformer具有两个显著的优势。1）处理长序列数据：RNN受限于循环结构，难以处理长序列数据。Self-attention机制能够同时处理序列中的所有位置，捕捉全局依赖关系，从而更准确地理解、表示文本含义。2）实现并行化计算：RNN作为时序结构，需要依次处理序列中的每个元素，计算速度受到较大限制，而Transformer则可以一次性处理整个序列，大大提高了计算效率。

GPT系列模型技术发展历程回顾

从技术角度来看，结合中国人民大学《大语言模型》的观点，GPT在众多大模型角逐中能够取得瞩目，有以下几点值得注意—— 1）可拓展的训练架构与学习范式：当谷歌2017年推出基于注意力机制的Transformer模型后，OpenAI团队能够迅速洞察到其作为大规模可扩展训练的理想架构的潜在优越性，最终将Transformer拓展到百亿、千亿甚至万亿参数规模，并且将预训练任务统一为通用学习范式。2）对于数据质量与数据规模的重视：高质量数据、超大规模数据成为GPT成功的关键基础，比如，OpenAI将人类生成的对话数据和高质量的标注数据用于训练ChatGPT，使得ChatGPT在与人机对话测试中展现出了优秀能力。然而，我们认为GPT的成功并不是全部源自技术性因素，Transformer、RLHF算法等等关键技术都并非OpenAI首创，并且也在被其他研究团队广泛使用，我们认为OpenAI能够从早期众多的技术路线中识别到并且坚定地去执行这条路线，这来自OpenAI团队足够的技术前瞻和策略定力。比如，OpenAI在早期GPT-2的论文中，就深入讨论了基于大规模文本预训练的通用任务学习范式；再比如GPT-3将参数规模极限拓展到175B，实际上，OpenAI两篇关于Scaling Law的论文都是在2020年发表的，这说明在前期已经进行了比较充分的实验探索。

ChatGPT：一举成为现象级应用，引入RLHF算法改进训练数据

GPT系列模型的技术演变（ChatGPT）：在GPT-3的基础上，OpenAI又通过代码训练、人类对齐、工具使用等技术对于模型性能不断升级，推出了GPT-3.5系列模型。2022年11月，ChatGPT正式上线，实现以对话形式解决多种任务，使得用户能够通过网络API体验到语言模型的强大功能。ChatGPT 仅用5天时间注册用户达到100万，约2个月注册用户达到1亿，成为AIGC领域的现象级应用。OpenAI在官网文章中介绍，ChatGPT主要是沿用了2022年1月推出的InstructGPT。InstructGPT的核心技术是基于人类反馈的强化学习算法，即RLHF算法（Reinforcement Learning from Human Feedback），旨在改进模型与人类对齐的能力。具体实现上，人类标注人员扮演用户和代理进行对话，产生对话样本并对回复进行排名打分，将更好的结果反馈给模型，让模型从两种反馈模式——人类评价奖励和环境奖励中学习策略，对模型进行持续迭代式微调。

市场：全球大模型竞争白热化，国产大模型能力对标GPT-3.5Turbo

海外大模型：通用大模型竞争白热化，闭源LLM三足鼎立

全球大模型竞争中，OpenAI、Anthropic、谷歌三大厂商为第一梯队， OpenAI先发推出GPT-4，在2023年基本稳定在行业龙头地位，而Anthropic凭借Claude、谷歌凭借Gemini后发，可以看到，2024年以来，三家大模型能力呈现互相追赶态势。开源大模型厂商中，Meta AI（Llama）、欧洲Mistral AI（Mistral）、 Google（Gemma）等厂商的大模型性能保持前列。此外，伴随Sora推出以及Pika的出圈，图像、视频生成领域的超预期进展获得极大关注，全球图像生成大模型以 Midjourney、Stable Diffusion、OpenAI的DALL·E为代表，视频生成以Runway的Gen、Pika和OpenAI的Sora为代表。

OpenAI：上半年重磅发布Sora，GPT-4o取得性能与实用性双突破

OpenAI发布文生视频大模型Sora，在全球视频大模型领域取得里程碑式进展。今年2月15日，OpenAI在官网正式发布Sora，根据OpenAI官网介绍，Sora可以在保持视觉质量和遵循用户的文本提示的情况下，生成长达1分钟的视频，遥遥领先于以往的视频生成时长。GPT-4o实现性能与实用性双突破，有望加速大模型应用落地。5月14日，OpenAI在春季发布会上推出GPT-4o，并表示将免费提供给所有用户使用。GPT-4o可接受文本、音频和图像的任意组合作为输入、输出，在英语文本和代码方面的性能可对标GPT-4 Turbo，同时在API 中也更快且便宜50%。根据OpenAI官网信息，在GPT-4o之前，使用语音模式与ChatGPT对话，GPT-3.5/GPT-4的平均延迟分别为2.8/5.4秒。而 GPT-4o可以在短至232毫秒的时间内响应音频输入，平均时长为320毫秒，与人类在一次谈话中的响应时间相似。7月18日，OpenAI正式推出了GPT-4o mini，将取代ChatGPT中的旧模型GPT-3.5 Turbo，向ChatGPT的免费用户、ChatGPT Plus和团队订阅用户开放。OpenAI表示，GPT-4o mini的成本为每百万输入标记（token）15美分和每百万输出标记60美分，比GPT-3.5 Turbo便宜超过60%。

国产大模型：迈入爆发期，模型能力追赶GPT-4 Turbo

自2022年11月底ChatGPT发布以来，AI大模型在全球范围内掀起了有史以来规模最大的人工智能浪潮，国内学术和产业界也在抓紧追赶突破。SuperCLUE将国内大模型发展大致分为三个阶段，1）准备期：2022年11月ChatGPT发布后，国内产学研迅速形成大模型共识。2）成长期：2023年初，国内大模型数量和质量开始逐渐增长。3）爆发期：2023年底至今，各行各业开源闭源大模型层出不穷，形成百模大战的竞争态势。

变现：API同质化、订阅实现难，Agent与MaaS探索破局之路

大模型商业形态多元，B端变现模式更清晰

我们认为大模型收费模式可以总结为API、订阅、广告、定制化四种。首先，大模型最常见的商业模式基本遵循软件行业的SaaS（Software as a Service），通用大模型通常会采取API模式，根据tokens/调用次数/产出内容量等计价，大模型形成AI产品后，可以采用订阅制，按月 /季/年向用户收取使用费。同时，AI产品若具备一定程度的流量价值，能够吸引商家投放广告，从而收取广告费。此外，服务内容可以不限于大模型本身，针对付费能力强的企业客户，部分厂商会提供软硬件一体的定制化解决方案，我们称之为MaaS（Model as a Service）。从AI产品商业化程度来看，B端变现模式更加清晰，C端大多数产品仍然以免费为主。根据量子位智库，面向B端的AI产品从通用场景到垂直赛道分布较均匀，收入模式以会员订阅和按需付费为主，商业模式较为清晰，虽然（纯B端）市场占比只有31%，但80%以上的产品均能实现营收。C端AI产品以智能助手以及图像生成类的生产力工具为主，虽然用户量大（纯C端占比50%以上），但近50%的产品当前仍未有明确的收入模式，以免费为主。

全球API定价呈现下降趋势

1）API：是大模型厂商最为普遍的营收模式，但我们也注意到由于大模型性能趋向同质化，全球API价格呈现下降趋势。今年5月，作为行业风向标的OpenAI发布GPT-4o，面向ChatGPT所有付费和免费用户发布，支持免费试用，API价格比GPT-4-turbo降低了50%，输入价格低至5美元/百万tokens；谷歌发布Gemini 1.5 Flash时也将输入价格定为0.35美元/百万 tokens。国内来看，5月6日，AI公司深度求索（DeepSeek）率先宣布降价，其发布的第二代MoE大模型DeepSeek-V2定为 0.001元/千tokens的输入价格与0.002元/千tokens的输出价格，随后我们看到，智谱 AI、火山引擎、阿里云、百度、科大讯飞、腾讯云等国内主要大模型厂商迅速跟进。

2）订阅：有ChatGPT的成功案例，我们看到不少大模型厂商通过构建AI应用，尝试走付费订阅的路径。根据 Similarweb，月之暗面的智能助手Kimi Chat从推出时16万访问量到2024年2月的292万，再到3月的1219万，伴随其访问量的跃升， 5月Kimi上线“给Kimi加油”付费选项（最便宜的选项99元/93天≈1.06元/天），可获得高峰期优先使用权益。实现难度：订阅>API。然而，我们看到即使是ChatGPT、runway等具有代表性的大模型产品，用户留存度和粘性也尚未达到现有领先C端应用的水平。根据红杉资本研究，全球领先的C端应用拥有 60-65% 的 DAU/MAU，其中WhatsApp是 85%。相比之下，AI -first应用的中位数为 14%，可能意味着用户还未在这些AI产品中找到能够每天使用它们的足够价值。

破局之路：企业级需求快速增长，MaaS助力降低模型使用门槛

MaaS让企业更简洁地使用大模型。根据中国信通院的定义，MaaS围绕低技术门槛、模型可共享、应用易适配三大特性，提供包括算力服务、平台服务、模型服务、数据集服务、AI应用开发服务在内的全栈服务，使得企业能够快速高效地构建、部署、监控、调用模型，而无需开发和维护底层基础能力。云厂商正在加速布局MaaS。目前，微软云Azure、阿里云、华为云、腾讯云、百度云、京东云等CSP都已经推出了MaaS服务。以阿里云的魔搭ModelScope为例，支持用户使用来自达摩院大模型平台和SOTA模型矩阵的超过300个优质大模型，提供包括模型管理和下载、模型调优、训练、推理、部署、应用在内的一站式模型服务。

算力：大模型发展催生海量算力需求，预计带来千亿美元市场规模

大模型技术与应用发展催生海量算力需求

大模型的发展受到能源、算力、显存、通信等多种资源的制约，本章我们主要讨论算力。训练端，大模型延续了Scaling Law的主流的技术路线，通过扩大参数规模和数据集的大小，来提升模型的性能，带来持续的算力需求，同时，在推理端，以ChatGPT为代表的AI应用也正在驱动算力需求指数级增长。根据Jaime Sevilla等人的研究，2010-2022年在深度学习兴起背景下，机器学习训练算力增长了100亿倍，2016-2022年，常规模型算力每5至6个月翻一倍，而大规模模型算力每10 至11个月翻一倍。

算力需求测算逻辑

我们主要考虑训练+推理两个阶段的算力需求。Transformer模型训练和推理都是经过多次迭代完成的，一次训练迭代包含了前向传播和反向传播两个步骤，而一次推理迭代相当于一个前向传播过程。前向传播过程指将数据输入模型计算输出，反向传播是计算模型的梯度并存储梯度进行模型参数更新。根据NVIDIA论文《Reducing Activation Recomputation in Large Transformer Models》，反向传播的计算量大约是前向传播的2倍，因此可以得出，一次训练迭代（包含一次前向+ 一次反向）的计算量大约为一次推理迭代（包含一次前向）的3倍。

大模型服务器成本测算

大模型的持续迭代升级将为AI芯片及服务器发展提供强劲动力。未来，我们假设有100家大模型实现持续经营，由于垂类大模型参数量通常在百亿至千亿量级，且数量较多，我们假设中位数500亿参数规模的模型有50个，通用大模型参数规模普遍更大，我们假设中位数分别为1000亿、5000亿、10000亿参数规模的大模型分别有25个、15个、10个。假设单台服务器成本为20万美元，测算得到AI服务器的市场规模为2301亿美元。如果再考虑问答场景之外的推理场景，AI服务器的市场规模将更加巨大。根据IDC数据，2023年的全球AI服务器市场规模是211亿美元，相比2023年全球AI服务器市场规模，大模型的持续迭代升级将为AI服务器市场带来广阔的市场空间。