作者 | 崔皓

審校 | 重樓

開篇

在當(dāng)今人工智能領(lǐng)域，大語言模型（LLM）正以前所未有的速度發(fā)展。隨著模型參數(shù)的不斷增加，大模型變得愈發(fā)“聰明”，在語言理解、文本生成、知識問答等眾多任務(wù)中展現(xiàn)出了卓越的性能，為自然語言處理等相關(guān)領(lǐng)域帶來了巨大的變革。

然而，這種參數(shù)規(guī)模的急劇增長也帶來了一系列挑戰(zhàn)。在模型推理階段，需要大量的硬件資源來支撐。顯存作為存儲模型參數(shù)的關(guān)鍵部件，其容量需求也隨之大幅提升。當(dāng)GPU執(zhí)行大模型的向量運(yùn)算時，需要依次將顯存中的數(shù)據(jù)加載到GPU運(yùn)算寄存器、緩存，最終加載到具體的SM（流式多處理器）中進(jìn)行計算。

但在這個模型參數(shù)的搬運(yùn)過程中，往往會成為推理的瓶頸，導(dǎo)致推理速度變慢，效率降低。 為了解決這一問題，量化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。量化的核心思想是將模型變小，通過降低模型參數(shù)的精度，減少數(shù)據(jù)的存儲空間和傳輸量，從而加速參數(shù)從顯存搬運(yùn)到運(yùn)算單元的過程，進(jìn)而加快整個計算過程，最終提升推理效率。本文將主要圍繞如何降低模型大小展開，重點(diǎn)探討通過算法優(yōu)化的方式來壓縮模型的策略，旨在為提升LLM推理加速提供有效的解決方案。

模型參數(shù)量化

在探索降低模型大小以加速 LLM 推理的過程中，對模型進(jìn)行量化是一種極為有效的減少模型參數(shù)的方法。我們首先要了解，模型主要由參數(shù)和代碼兩部分構(gòu)成。在模型的訓(xùn)練階段，它會不斷學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的特征和規(guī)律，并將學(xué)習(xí)到的這些內(nèi)容以權(quán)重或參數(shù)的形式保存下來。 一般而言，模型越大，其在處理各種復(fù)雜任務(wù)時就會表現(xiàn)得越精準(zhǔn)、越 “聰明”，這是因?yàn)樗軌驅(qū)W習(xí)和存儲更多的數(shù)據(jù)特征和模式。

而與之對應(yīng)的是，模型越大，其包含的參數(shù)數(shù)量就越多，并且這些參數(shù)的精度也越高。以著名的 GPT-3 為例，它有多個不同規(guī)模的版本，其中最大的版本具有 1750 億個參數(shù)。

這里提到的精度，常見的有 FP32、FP16、INT8 等。FP32 即單精度浮點(diǎn)數(shù)，它使用 32 位二進(jìn)制來表示一個浮點(diǎn)數(shù)，F(xiàn)P16 就是 16 位二進(jìn)制來表示一個浮點(diǎn)數(shù)，INT8 就是 8 位二進(jìn)制表示一個整數(shù)。

如下圖所示，F(xiàn)loat16 和 Float32 以科學(xué)計數(shù)法的形式展示。

Float16 和 Float32 的展示方式可以通過如下公式理解：

• Sign（符號位）：1 位，0 表示正數(shù)，1 表示負(fù)數(shù)。
• Exponent（指數(shù)位）：表示指數(shù)部分，需減去一個 “偏移量（Bias）” 來表示正負(fù)指數(shù)。
• Bias（偏移量）：2指數(shù)位長度?1?1，例如：Float16: 25-1-1=15
• Fraction（小數(shù)位 / 尾數(shù)位）：表示有效數(shù)字的小數(shù)部分，結(jié)合隱含的 “1.” 形成完整的有效數(shù)字。

通過上圖可以看出，模型參數(shù)精度越高，模型就更加精準(zhǔn)，所需的存儲空間就越高，推理時需要傳輸?shù)牧烤驮酱螅托枰嗟挠布Y源。反之，低精度的參數(shù)，例如 INT8，所需的存儲空間就越小，推理時需要傳輸?shù)牧烤驮叫。托枰俚挠布Y源。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高效率，像 GPT - 3 這類模型也會采用量化技術(shù)將其量化為更低的精度，如 INT8 等。

其實(shí)原理在前面也介紹過，參數(shù)精度越高，參數(shù)所占用的存儲空間就越大，也就意味著需要更多的顯存來存儲這些參數(shù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，大量的數(shù)據(jù)需要從顯存搬運(yùn)到運(yùn)算單元，這就容易成為推理的瓶頸，導(dǎo)致推理速度變慢。因此，為了提高推理效率，通常采用的通用方法就是降低參數(shù)的精度，這種降低參數(shù)精度的操作就被稱為量化。通過量化，可以在一定程度上犧牲模型的精度，換取更小的模型大小和更快的推理速度，從而有效緩解硬件資源的壓力，提升整體的推理性能。

后訓(xùn)練量化

在前面的討論中，我們已經(jīng)了解到提升LLM推理效率可以通過量化模型參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，例如將原本的FP32精度降低到INT8，這樣能顯著減少模型大小和計算量，從而加快推理速度。然而，凡事有利就有弊，這種操作就像一把雙刃劍。對模型參數(shù)進(jìn)行量化，固然能帶來效率上的提升，但同時也會降低模型的精度，進(jìn)而影響模型的精準(zhǔn)性。

畢竟，模型之所以能夠表現(xiàn)出強(qiáng)大的智能，很大程度上依賴于其較高的精度，精度越高，模型的推理能力往往越強(qiáng)。為了在降低模型精度的同時，又不降低模型的精準(zhǔn)性，也就是要讓模型既小又快，還能保持相對較高的智能水平，這時后訓(xùn)練量化（Post - Training Quantization，PTQ）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

后訓(xùn)練量化在LLM推理加速的研究中，是一項(xiàng)關(guān)鍵的模型壓縮技術(shù)。它具有獨(dú)特的優(yōu)勢，無需對模型進(jìn)行額外的訓(xùn)練或微調(diào)，這大大節(jié)省了時間和計算資源。PTQ通過使用少量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，能夠?qū)㈩A(yù)訓(xùn)練好的高精度模型（如FP32或FP16）的權(quán)重和/或激活值轉(zhuǎn)換為低精度格式（如INT4或INT8）。在實(shí)際應(yīng)用中，高精度的模型雖然具有較好的性能，但往往占用大量的內(nèi)存和計算資源，這在資源受限的環(huán)境中會成為部署和推理的瓶頸。而PTQ的出現(xiàn)，正是為了解決這一問題。其目的在于顯著減少模型的內(nèi)存占用和計算開銷，從而提高LLM的推理效率，使得大型語言模型能夠在更多的設(shè)備上快速、高效地運(yùn)行。

PTQ的兩大階段分解

現(xiàn)有的量化方法通常是多種技術(shù)的組合，為了更好地理解這些復(fù)雜的量化方法，研究人員將量化過程解耦為兩個關(guān)鍵步驟。

如下圖所示，在量化之前要進(jìn)行“預(yù)量化變換”，在量化之后要執(zhí)行“量化誤差緩解”。

預(yù)量化變換 (Pre - quantization Transformation)

此階段的目的是在量化之前對數(shù)據(jù)（權(quán)重和激活值）進(jìn)行預(yù)處理。在模型的數(shù)據(jù)中，存在著離群值（Outliers），這些離群值的存在會給量化帶來困難。預(yù)量化變換的核心問題就是減輕離群值的影響，將其平坦和順滑，使得數(shù)據(jù)更利于量化。在LLM技術(shù)中，AWQ（采用縮放Scaling）就對應(yīng)這一階段。

前面這句話看上去太抽象了，說人話就是，由于量化之后模型中的參數(shù)會出現(xiàn)一些特別“大”或者特別“小”的值，就好像一個人不合群，我們把這種值稱為“離群值（Outliers）”。我們擔(dān)心這種“離群值（Outliers）”在量化過程中把模型的精度“帶跑偏”，所以需要讓其“平坦和順滑”，可以理解為對“刺頭”進(jìn)行打磨棱角。

量化誤差緩解 (Quantization Error Mitigation)

該階段的主要任務(wù)是在量化過程中或之后補(bǔ)償量化引入的誤差。當(dāng)進(jìn)行低比特量化時，不可避免地會導(dǎo)致精度損失，這是量化過程中需要解決的核心問題。在LLM技術(shù)里，GPTQ（采用自補(bǔ)償Self - compensation）對應(yīng)這一階段，它致力于解決低比特量化導(dǎo)致的精度損失問題。

這里還是需要用人話解釋一遍，在完成對模型參數(shù)降低精度之后，會出現(xiàn)降低過頭的情況。就好像為了節(jié)約成本，把一大幫大學(xué)生員工換成了一幫中學(xué)生，你擔(dān)心這幫中學(xué)生的素質(zhì)無法勝任工作，于是對其能力或者素質(zhì)進(jìn)行“補(bǔ)償”。

好了到這里我們知道在模型量化的前后分別存在兩個階段：預(yù)量化變換和量化誤差緩解。那么就需要對應(yīng)兩個算法實(shí)現(xiàn)這兩個階段完成的任務(wù)。

如下圖所示，前后兩個階段需要通過 AWQ-激活感知權(quán)重量化（Activation - aware Weight Quantization）和 GPTQ-生成式預(yù)訓(xùn)練 Transformer 量化（Generative Pre -trained Transformers Quantization）兩個算法來實(shí)現(xiàn)。

下面我們會針對這兩個算法進(jìn)行討論。

激活感知權(quán)重量化（Activation - aware Weight Quantization）

AWQ是一種權(quán)重獨(dú)有（Weight-Only）量化方法，專注于通過縮放進(jìn)行預(yù)量化轉(zhuǎn)換 。AWQ的核心理念是識別并“保護(hù)”模型中對輸出影響最大的“顯著權(quán)重”（Salient Weights）。為什么要找這個所謂的顯著權(quán)重呢？

鑒別顯著權(quán)重

在大型語言模型（LLM）的推理過程中，并非所有權(quán)重都對推理結(jié)果有著同等程度的影響。僅有0.1% - 1%的小部分顯著權(quán)重對模型輸出精度起著關(guān)鍵作用。如果能夠精準(zhǔn)地鑒別出這一小部分顯著權(quán)重，并使其保持原來的高精度（如FP16），而對其他權(quán)重進(jìn)行低比特量化，那么就可以在幾乎不損失模型精度的前提下，大幅降低模型的內(nèi)存占用，同時顯著提升推理速度。這對于提高LLM在實(shí)際應(yīng)用中的效率和性能具有重要意義。

那么如何漸變顯著權(quán)重，如下圖所示，總結(jié)了幾個方法的效果。

Perplexity（困惑度，PPL）是衡量語言模型性能的關(guān)鍵指標(biāo)，可理解為 “模型預(yù)測下一個詞時的平均‘困惑程度’”，數(shù)值越低，模型性能越好。模型對文本的概率預(yù)測越準(zhǔn)確，PPL 越低。

直接說結(jié)論就是，基于激活值分布挑選（based on act）的方式相比FP16幾乎沒有精度損失。說明基于激活值分布來鑒別顯著權(quán)重能夠更精準(zhǔn)地找到對模型輸出精度至關(guān)重要的權(quán)重，從而在量化過程中有效地保留關(guān)鍵信息，保證模型在低比特量化后的性能。 

隨機(jī)挑選

隨機(jī)挑選顯著權(quán)重的方法簡單粗暴，就是隨機(jī)選出0.1% - 1%的權(quán)重作為顯著權(quán)重。然而，這種方法缺乏科學(xué)性，沒有考慮到權(quán)重在模型中的實(shí)際作用和重要性，就如同“聽天由命”一般，難以保證挑選出的權(quán)重能夠真正對模型精度產(chǎn)生關(guān)鍵影響。

基于權(quán)重分布挑選（base on W）

這種方法是對權(quán)重矩陣（例如自注意力機(jī)制中的相關(guān)矩陣）中的元素按絕對值大小由大到小進(jìn)行排序，認(rèn)為絕對值越大的元素越顯著，然后選擇前0.1% - 1%的元素作為顯著權(quán)重。很多傳統(tǒng)的量化方法都采用這種方式來挑選顯著權(quán)重，它基于權(quán)重本身的數(shù)值特征進(jìn)行判斷，但可能沒有充分考慮到權(quán)重在模型計算過程中的實(shí)際作用。

基于激活值分布挑選（based on act）

這里的激活值是指與權(quán)重矩陣作矩陣乘法（matmul）運(yùn)算的輸入值。例如在自注意力機(jī)制中，計算相關(guān)結(jié)果時，對應(yīng)的輸入值就是相應(yīng)權(quán)重矩陣的激活值。該方法按激活值絕對值大小由大到小排序，絕對值越大越顯著，選擇前0.1% - 1%的元素作為顯著權(quán)重。通過激活值來判斷權(quán)重的重要性，能夠更直接地反映出權(quán)重在模型實(shí)際計算中的影響力。

實(shí)驗(yàn)評估結(jié)果

作者對上述三種方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并將困惑度（PPL，值越小越好）作為評估指標(biāo)。

放大（Scaling）

在LLM推理加速中，對顯著權(quán)重保留FP16格式、其他權(quán)重采用INT4格式雖能提升效率，卻也帶來新問題。當(dāng)權(quán)重矩陣中不同格式元素并存，存儲時需設(shè)計復(fù)雜結(jié)構(gòu)管理，計算取數(shù)要額外邏輯判斷，編寫kernel函數(shù)更是抽象難維護(hù)，無疑增加了操作難度與出錯風(fēng)險。為解決這些難題，使用了一個變通方法——Scaling，以此簡化存儲與計算過程，讓后續(xù)操作更順暢高效。

來做個實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個方法，如下圖所示，三種不同的量化方式的結(jié)果。

• 圖(a)：RTN 量化（基準(zhǔn)方法）

A.過程：將 FP16 精度的權(quán)重FP16直接量化為 INT3 精度。

B.結(jié)果： perplexity（PPL，語言模型的“困惑度”，數(shù)值越低性能越好）為 43.2，性能較差。

C.原因：直接量化會丟失大量精度，導(dǎo)致模型表達(dá)能力下降。

• 圖(b)：保留 1% 關(guān)鍵權(quán)重為 FP16（混合精度嘗試）。

A.過程：通過激活分布識別“關(guān)鍵權(quán)重（salient weights）”，將這些權(quán)重保留為 FP16 精度，其余量化為低精度。

B.結(jié)果：PPL 從 43.2 降至 13.0，性能大幅提升。

C.問題：“混合精度格式（MixPrec）”在硬件上效率差，因?yàn)橛布y以高效處理不同精度的混合計算。

• 圖(c)：AWQ 方法（激活感知的量化方法）

A.過程：遵循“激活感知”原則，先對權(quán)重按通道進(jìn)行縮放（scale）計算激活的“平均幅值（average mag.）”，再基于縮放因子 alpha 調(diào)整權(quán)重，最后量化為 INT3。

B.結(jié)果：PPL 同樣達(dá)到 13.0，既保留了關(guān)鍵權(quán)重的精度，又采用統(tǒng)一的 INT3 精度，兼顧了性能和硬件效率。

大語言模型量化時，直接低精度量化會導(dǎo)致性能暴跌（圖a）；若保留少量關(guān)鍵權(quán)重為高精度，性能會恢復(fù)但硬件效率差（圖b）；AWQ 方法通過“按通道縮放+統(tǒng)一低精度量化”，在保護(hù)關(guān)鍵權(quán)重的同時保證了硬件效率，實(shí)現(xiàn)了性能與效率的平衡。

需要說明的是，量化時放大顯著權(quán)重（即乘較大縮放因子）可降低量化誤差；對于非顯著權(quán)重，乘以較小縮放因子，減少關(guān)注。這就是縮放（Scaling）方法，通過調(diào)整激活值與權(quán)重間的縮放因子，實(shí)現(xiàn)降低誤差和保證權(quán)重顯著特性的目的。上述說明，只是對縮放因子的結(jié)論，推導(dǎo)過程不在這里展開。可以查看如下論文，我把鏈接放到結(jié)尾。

《AWQ: ACTIVATION-AWARE WEIGHT QUANTIZATION FOR ON-DEVICE LLM COMPRESSION AND ACCELERATION》

到這里 AWQ 整個過程差不多就說完了，總結(jié)為下面表格：

在 AWQ 算法的最后,再補(bǔ)充一下 S 縮放因子的內(nèi)容：

為實(shí)現(xiàn)自動計算縮放因子（scaling）從而最小化量化誤差，原本需找到權(quán)重矩陣每個通道的縮放系數(shù)，使公式 4 最小化。但量化函數(shù)不可微，且公式非凸，無法用梯度下降法求解。

激活值越大，對應(yīng)通道越顯著，應(yīng)分配更大縮放系數(shù)降低量化誤差。于是統(tǒng)計各通道平均激活值作為縮放因子，并引入變量平衡顯著與非顯著通道系數(shù)，問題轉(zhuǎn)化為新的形式。同時，為防止過大或過小，進(jìn)行了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

你可以采用 “Fast Grid Search” 方法在 [0, 1] 區(qū)間找，實(shí)際是在此區(qū)間平均取 20 個數(shù)，逐個計算不同情況下的 MSE 損失，損失最小的即為最佳，進(jìn)而確定最佳縮放因子。

AWQ 實(shí)現(xiàn)

說完了 AWQ 的原理之后，再來看看 AWQ 的實(shí)現(xiàn)。說到實(shí)現(xiàn)就不得不提到AutoAWQ 。

AutoAWQ 是一個易于使用的用于 4 位量化模型的工具包。它通過實(shí)現(xiàn)激活感知權(quán)重量化（Activation - aware Weight Quantization, AWQ）算法對大語言模型（LLMs）進(jìn)行量化。相比 FP16，AutoAWQ 能將模型推理速度提升 3 倍，同時將內(nèi)存需求降低 3 倍。該工具包是在麻省理工學(xué)院（MIT）的原始工作基礎(chǔ)上創(chuàng)建和改進(jìn)而來的。目前， AutoAWQ 已被 vLLM 項(xiàng)目完全采用。

可以使用如下命令對其進(jìn)行安裝：

pip install autoawq

此默認(rèn)安裝方式不包含外部內(nèi)核，推理過程依賴Triton。這種安裝方式較為基礎(chǔ)，適合對內(nèi)核沒有特殊需求，希望快速使用AutoAWQ的用戶。

帶內(nèi)核的發(fā)布版本使用如下命令進(jìn)行安裝。

pip install autoawq[kernels]

需要注意的是，這種安裝方式要求你使用的torch版本與內(nèi)核構(gòu)建時所使用的最新torch版本相匹配。

針對英特爾CPU和英特爾XPU優(yōu)化性能的主分支安裝，使用如下命令進(jìn)行：

pip install autoawq[cpu]

下面代碼使用 AWQ 和 Transformers 庫，將 Mistral-7B-Instruct-v0.2 模型通過 AWQ 方法量化為 4 位精度，并保存量化后的模型和分詞器，實(shí)現(xiàn)模型壓縮的同時盡可能保留性能。

# 導(dǎo)入AWQ量化所需的模型類和Transformers的分詞器類
from awq import AutoAWQForCausalLM
from transformers import AutoTokenizer

# 原始模型的路徑（Hugging Face Hub上的Mistral-7B-Instruct-v0.2模型）
model_path = 'mistralai/Mistral-7B-Instruct-v0.2'
# 量化后模型的保存路徑
quant_path = 'mistral-instruct-v0.2-awq'
# 量化配置參數(shù)：啟用零點(diǎn)（zero_point），分組大小128，權(quán)重量化為4位，版本為GEMM
quant_config = { "zero_point": True, "q_group_size": 128, "w_bit": 4, "version": "GEMM" }

# 從預(yù)訓(xùn)練模型路徑加載原始模型
model = AutoAWQForCausalLM.from_pretrained(model_path)
# 從預(yù)訓(xùn)練模型路徑加載對應(yīng)的分詞器，trust_remote_code=True允許加載模型相關(guān)的自定義代碼
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_path, trust_remote_code=True)

# 對模型進(jìn)行量化，傳入分詞器和量化配置
model.quantize(tokenizer, quant_config=quant_config)

# 保存量化后的模型到指定路徑
model.save_quantized(quant_path)
# 保存分詞器到與量化模型相同的路徑
tokenizer.save_pretrained(quant_path)

# 打印提示信息，表明模型已量化并保存
print(f'Model is quantized and saved at "{quant_path}"')

GPTQ 生成式預(yù)訓(xùn)練 Transformer 量化

通過前面的介紹,我們發(fā)現(xiàn)對于 PTQ（ 后訓(xùn)練量化）而言，將GPTQ置于量化誤差緩解階段（第二階段），能夠清晰地將其與AWQ（預(yù)量化變換）區(qū)分開來。AWQ主要解決量化前的預(yù)處理問題，它通過縮放操作來平滑數(shù)據(jù)中的離群值，使得數(shù)據(jù)分布更適合進(jìn)行量化。

而GPTQ則聚焦于量化之后（或伴隨量化過程）的精度修復(fù)問題。GPTQ，即生成式預(yù)訓(xùn)練Transformer量化（Generative Pre - trained Transformers Quantization），是后訓(xùn)練量化（PTQ）中量化誤差緩解（Quantization Error Mitigation）這一關(guān)鍵階段的代表性技術(shù)。

GPTQ功能定位

量化誤差緩解旨在應(yīng)用特定技術(shù)來補(bǔ)償量化過程中引入的誤差，以此提高模型的性能。在量化過程中，由于對模型參數(shù)進(jìn)行了離散化處理，不可避免地會引入誤差，這些誤差可能會影響模型的準(zhǔn)確性和性能。量化誤差緩解技術(shù)就是為了應(yīng)對這一問題而存在的。

GPTQ核心機(jī)制

GPTQ是一種僅對權(quán)重進(jìn)行量化的方法，它基于近似二階信息，采用一次性（one - shot）的權(quán)重量化方式。該方法構(gòu)建在OBQ（Optimal Brain Quantization）方法之上，利用Hessian矩陣來指導(dǎo)誤差補(bǔ)償。Hessian矩陣包含了函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)信息，通過利用Hessian矩陣，GPTQ能夠更準(zhǔn)確地解決量化引入的誤差以及最優(yōu)權(quán)重擾動問題，從而在量化過程中更好地保持模型的性能。

GPTQ 的核心包含了自補(bǔ)償（Self - compensation）機(jī)制，利用近似二階信息（Hessian矩陣）來指導(dǎo)補(bǔ)償過程。雖然 Hessian矩陣計算極為復(fù)雜，但我們可以通過一個簡化的2×2權(quán)重塊來清晰地演示其“逐列量化 - 計算誤差 - 補(bǔ)償”的流程。

數(shù)值演示：逐列補(bǔ)償機(jī)制

步驟1：量化第一列 (W?)

步驟2：對剩余權(quán)重 (W?) 進(jìn)行補(bǔ)償

步驟3：量化更新后的第二列 (W?')

總結(jié)

Hessian矩陣在自補(bǔ)償中的作用

由于在描述 GPTQ 進(jìn)行自補(bǔ)償?shù)臅r候，提到了Hessian矩陣，這里對其的作用稍微進(jìn)行解釋。我們可以把Hessian矩陣看作是模型里的一張“敏感度地圖”或者“誤差影響評估工具”。

我們將模型的性能用損失函數(shù) (L) 來衡量，把它想象成一個復(fù)雜地形的高度。而模型的權(quán)重 (W) 就如同在這個地形上所處的當(dāng)前位置。我們的目標(biāo)是通過移動 (W) 來到達(dá)地形的最低點(diǎn)，也就是讓損失函數(shù)達(dá)到最小值。

量化過程就像是對模型權(quán)重進(jìn)行了一次微小且不可避免的推搡，這種推搡就是權(quán)重擾動 δ。這個擾動會使得模型性能下降，在“地形”上表現(xiàn)為引入了損失誤差?。

Hessian矩陣 (H) 描述的是這個“損失地形”的曲率，也就是損失函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)。在不同的方向上，曲率大小不同，對模型的影響也不同。

• 曲率大的方向（敏感）：當(dāng)某個方向上的曲率很大時，意味著Hessian矩陣在該方向上的值較大。在這種情況下，沿著這個方向?qū)?quán)重進(jìn)行微小的擾動 δ，就會導(dǎo)致巨大的損失誤差 ?。這些方向?qū)?yīng)的權(quán)重就是模型中最“顯著”或最“敏感”的權(quán)重。
• 曲率小的方向（不敏感）：如果某個方向上的曲率較小，說明量化引起的誤差對模型的影響不大。

通過Hessian矩陣，GPTQ可以了解到量化某個參數(shù)時，它會對最終結(jié)果造成多大的影響。這樣，在進(jìn)行量化操作時，GPTQ就能明確對于高敏感度的權(quán)重，需要給予更高優(yōu)先級的補(bǔ)償。

GPTQ 實(shí)現(xiàn)

最早實(shí)現(xiàn) GPTQ 的開源項(xiàng)目是 AutoGPTQ，后來該項(xiàng)目沒有繼續(xù)維護(hù)了，進(jìn)而開源團(tuán)隊轉(zhuǎn)戰(zhàn)GPT - QModel 。GPT - QModel是一款極具實(shí)用性且生產(chǎn)就緒的大型語言模型（LLM）壓縮與量化工具包。工具包通過與 HF Transformers、vLLM 和 SGLang 集成，實(shí)現(xiàn)了在 CPU 和 GPU 上的硬件加速推斷，能夠充分發(fā)揮不同硬件的計算優(yōu)勢，顯著提升推理效率。目前，GPT - QModel 支持多種量化方法，涵蓋 GPTQ、AWQ、QQQ、GPTAQ、EoRa、GAR 等，這些方法各有特點(diǎn)，能滿足不同場景下對模型壓縮和量化的需求。

可以通過如下命令進(jìn)行安裝：

pip install -v gptqmodel --no-build-isolation 
uv pip install -v gptqmodel --no-build-isolation

如下代碼使用 datasets 和 gptqmodel 庫，將 Llama-3.2-1B-Instruct 模型通過 GPTQ 方法量化為 4 位精度。過程包括加載校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集、配置量化參數(shù)、加載模型并執(zhí)行量化，最后保存量化后的模型，實(shí)現(xiàn)模型壓縮。

# 導(dǎo)入加載數(shù)據(jù)集的工具和GPTQ量化相關(guān)的類
from datasets import load_dataset
from gptqmodel import GPTQModel, QuantizeConfig

# 原始模型的ID（Hugging Face Hub上的Llama-3.2-1B-Instruct模型）
model_id = "meta-llama/Llama-3.2-1B-Instruct"
# 量化后模型的保存路徑
quant_path = "Llama-3.2-1B-Instruct-gptqmodel-4bit"

# 加載校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集（用于量化過程中的參數(shù)校準(zhǔn)）：
# 加載allenai/c4數(shù)據(jù)集中的en/c4-train.00001-of-01024.json.gz文件，
# 選取訓(xùn)練集的前1024條數(shù)據(jù)，并提取其中的"text"字段
calibration_dataset = load_dataset(
    "allenai/c4",
    data_files="en/c4-train.00001-of-01024.json.gz",
    split="train"
  ).select(range(1024))["text"]

# 定義量化配置：權(quán)重量化為4位，分組大小為128
quant_config = QuantizeConfig(bits=4, group_size=128)

# 根據(jù)模型ID和量化配置加載模型
model = GPTQModel.load(model_id, quant_config)

# 對模型進(jìn)行量化：使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，設(shè)置批次大小為1（可根據(jù)GPU顯存調(diào)整batch_size以加速量化）
model.quantize(calibration_dataset, batch_size=1)

# 將量化后的模型保存到指定路徑
model.save(quant_path)

參考文獻(xiàn)：

https://arxiv.org/pdf/2306.00978

https://arxiv.org/pdf/2210.17323

作者介紹

崔皓，51CTO社區(qū)編輯，資深架構(gòu)師，擁有18年的軟件開發(fā)和架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)，10年分布式架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)。