Generative Large Language Models (LLMs) based on the Transformer architecture have recently emerged as a dominant foundation model for a wide range of Natural Language Processing tasks. Nevertheless, their application in real-time scenarios has been highly restricted due to the significant inference latency associated with these models. This is particularly pronounced due to the autoregressive nature of generative LLM inference, where tokens are generated sequentially since each token depends on all previous output tokens. It is therefore challenging to achieve any token-level parallelism, making inference extremely memory-bound. In this work, we propose SPEED, which improves inference efficiency by speculatively executing multiple future tokens in parallel with the current token using predicted values based on early-layer hidden states. For Transformer decoders that employ parameter sharing, the memory operations for the tokens executing in parallel can be amortized, which allows us to accelerate generative LLM inference. We demonstrate the efficiency of our method in terms of latency reduction relative to model accuracy and demonstrate how speculation allows for training deeper decoders with parameter sharing with minimal runtime overhead.


翻译:基于Transformer架构的生成式大语言模型(LLM)近期已成为自然语言处理任务中主导的基础模型。然而,由于这类模型存在显著的推理延迟问题,其在实时场景中的应用受到严格限制。这一现象尤为突出,因为生成式LLM的推理具有自回归特性——每个令牌的生成均依赖所有先前输出令牌,导致令牌级并行性的实现极具挑战性,使得推理过程严重受限于内存带宽。本研究提出SPEED方法,通过基于早期层隐藏状态预测值,并行推测执行多个未来令牌与当前令牌,从而提升推理效率。对于采用参数共享的Transformer解码器,并行执行令牌的内存操作可被摊销,进而加速生成式LLM推理。我们通过延迟降低与模型准确率的权衡验证了该方法的有效性,同时证明推测执行机制能够以最小运行时开销训练具有参数共享的更深层解码器。

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