Spiking Neural Networks (SNNs) offer promising energy-efficient alternatives to large language models (LLMs) due to their event-driven nature and ultra-low power consumption. However, to preserve capacity, most existing spiking LLMs still incur intensive floating-point matrix multiplication (MatMul) and nonlinearities, or training difficulties arising from the complex spatiotemporal dynamics. To address these challenges, we propose BiSpikCLM, the first fully binary spiking MatMul-free causal language model. BiSpikCLM introduces Softmax-Free Spiking Attention (SFSA), eliminating softmax and floating-point operations in autoregressive language modeling. For efficient training, we introduce Spike-Aware Alignment Distillation (SpAD), which aligns ANN teacher and SNN student across embeddings, attention maps, intermediate features, and output logits. SpAD framework allows BiSpikCLM to reach comparable performance to ANN counterparts using substantially fewer training tokens (e.g., only 5.6% of the tokens for the 1.3B model). As a result, BiSpikCLM achieves competitive performance at only 4.16% - 5.87% of the computational cost on natural language generation tasks. Our results highlight the feasibility and effectiveness of fully binary spike-driven LLMs and establish the distillation as a promising pathway for brain-inspired spiking NLP.


翻译:脉冲神经网络(SNNs)凭借其事件驱动特性与超低功耗,为大语言模型(LLMs)提供了极具前景的节能替代方案。然而,为保持模型容量,现有大多数脉冲大语言模型仍存在密集的浮点矩阵乘法(MatMul)与非线性运算,或因复杂时空动态引发的训练困难。针对这些挑战,我们提出BiSpikCLM——首个全二值化无脉冲矩阵乘法的因果语言模型。BiSpikCLM引入无Softmax脉冲注意力机制(SFSA),在自回归语言建模中消除softmax与浮点运算。为实现高效训练,我们提出脉冲感知对齐蒸馏(SpAD),在嵌入层、注意力图、中间特征和输出logits层面实现ANN教师模型与SNN学生模型的对齐。SpAD框架使BiSpikCLM在使用显著更少训练令牌(例如1.3B模型仅需5.6%令牌)的情况下,达到与ANN对应模型相当的性能。最终,BiSpikCLM在自然语言生成任务中以仅4.16%-5.87%的计算成本实现竞争性表现。实验结果验证了全二值化脉冲驱动大语言模型的可行性与有效性,并为脑启发式脉冲自然语言处理奠定了蒸馏方法的重要路径。

0
下载
关闭预览

相关内容

大语言模型与小语言模型协同机制综述
专知会员服务
40+阅读 · 2025年5月15日
【伯克利博士论文】语言模型的脆弱性
专知会员服务
23+阅读 · 2025年2月20日
大型语言模型的知识蒸馏综述:方法、评估与应用
专知会员服务
79+阅读 · 2024年7月4日
基于知识蒸馏的BERT模型压缩
大数据文摘
18+阅读 · 2019年10月14日
脉冲神经网络,下一代机器学习?
专知
13+阅读 · 2018年1月13日
前沿 | 简述脉冲神经网络SNN:下一代神经网络
机器之心
39+阅读 · 2018年1月13日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 4月11日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员