Transformer取代者登場！微軟、清華剛推出RetNet：成本低、速度快、性能強（1）

LLM 的成功，某種程度上要歸功于 Transformer 架構在自然語言處理任務上的突破。該架構最初是為了克服循環模型的 sequential training 問題而提出的。這些年來，Transformer 已經成為 LLM 普遍采用的架構。

然而，Transformer 的訓練并行性是以低效推理為代價的：每一步的復雜度為 O (N) 且鍵值緩存受內存限制，讓 Transformer 不適合部署。不斷增長的序列長度會增加 GPU 內存消耗和延遲，并降低推理速度。

研究者們一直在努力開發下一代架構，希望保留訓練并行性和 Transformer 的性能，同時實現高效的 O (1) 推理。針對這個問題，此前的方法都沒能同時實現這幾點，至少與 Transformer 相比沒有顯示出絕對的優勢。

現在，微軟研究院和清華大學的研究者已經在這個問題上取得了重大突破。

論文鏈接：https://arxiv.org/pdf/2307.08621.pdf

在這項工作中，研究者提出了 retentive 網絡（RetNet），同時實現了低成本推理、高效長序列建模、媲美 Transformer 的性能和并行模型訓練，打破了「不可能三角」。

具體來說，RetNet 引入了一種多尺度 retention 機制來替代多頭注意力，它有三種計算范式：并行、循環和分塊循環表征。

首先，并行表征使訓練并行化，以充分利用 GPU 設備。其次，循環表征法在內存和計算方面實現了高效的 O (1) 推理。部署成本和延遲可以顯著降低，同時無需鍵值緩存技巧，大大簡化了實現過程。此外，分塊循環表征法能夠執行高效的長序列建模。研究者對每個局部塊進行并行編碼以提高計算速度，同時對全局塊進行循環編碼以節省 GPU 內存。

論文進行了大量實驗來對比 RetNet 和 Transformer 及其變體。實驗結果表明，RetNet 在 scaling 曲線和上下文學習方面始終具有競爭力。此外，RetNet 的推理成本與長度無關。對于 7B 模型和 8k 序列長度，RetNet 的解碼速度是帶鍵值緩存的 Transformers 的 8.4 倍，內存節省 70%。

在訓練過程中，RetNet 也能夠比標準 Transformer 節省 25-50% 的內存，實現 7 倍的加速，并在高度優化的 FlashAttention 方面具有優勢。此外，RetNet 的推理延遲對批大小不敏感，從而實現了巨大的吞吐量。

這些令人驚艷的特質讓不少研究者驚呼「好得不可思議」，甚至有人將其比作當初「M1 芯片」登場所帶來的變革意義。看來，RetNet 有望成為 Transformer 的有力繼承者。

不過，也有研究者提出疑問：這么優秀的表現是否意味著 RetNet 要在某些方面有所權衡？它能擴展到視覺領域嗎？

接下來，讓我們深入了解 RetNet 方法的細節。