The quadratic time and memory complexity inherent to self-attention mechanisms, with respect to sequence length, presents a critical computational bottleneck in the training and deployment of large-scale Transformer-based language models. Recent theoretical results indicate the intractability of sub-quadratic softmax attention approximation under reasonable complexity assumptions. This paper addresses this challenge by first demonstrating that polynomial attention with high degree can effectively replace softmax without sacrificing model quality. Next, we develop polynomial sketching techniques from numerical linear algebra to achieve linear-time polynomial attention with approximation guarantees. Crucially, our approach achieves this speedup without requiring the sparsification of attention matrices. We also present a block-based algorithm to apply causal masking efficiently. Combining these techniques, we provide \emph{PolySketchFormer}, a practical linear-time Transformer architecture for language modeling that offers provable guarantees. We validate PolySketchFormer empirically by training language models capable of handling long contexts. These experiments utilize both synthetic and real-world datasets (PG19, Wikipedia and C4) on Google Cloud TPUs. For context lengths of 32k and GPT-2 style models, our model achieves a 2.5-4x speedup in training compared to FlashAttention, with no observed degradation in quality across our experiments.


翻译:摘要:自注意力机制相对于序列长度的二次时间与内存复杂度,成为大规模基于Transformer的语言模型训练与部署中的关键计算瓶颈。近期理论结果表明,在合理的复杂度假设下,次二次softmax注意力近似具有难以处理性。本文通过首先证明高次多项式注意力能在不牺牲模型质量的前提下有效替代softmax来应对这一挑战。接着,我们利用数值线性代数中的多项式草图技术,实现了具有近似保证的线性时间多项式注意力。关键在于,我们的方法无需稀疏化注意力矩阵即可实现加速。我们还提出一种基于块的算法,以高效应用因果掩码。结合这些技术,我们提供了PolySketchFormer,一种面向语言建模、具备可证明保证的实用线性时间Transformer架构。我们通过训练能够处理长上下文的语言模型,在Google Cloud TPU上使用合成及真实数据集(PG19、Wikipedia和C4)对PolySketchFormer进行实验验证。对于32k上下文长度和GPT-2风格模型,与FlashAttention相比,我们的模型在训练中实现了2.5-4倍的加速,且实验中未观察到质量下降。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年4月26日
Arxiv
0+阅读 · 2024年4月24日
Arxiv
14+阅读 · 2023年9月27日
Arxiv
70+阅读 · 2022年6月30日
Image Segmentation Using Deep Learning: A Survey
Arxiv
47+阅读 · 2020年1月15日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
1+阅读 · 58分钟前
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:50
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:33
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年4月26日
Arxiv
0+阅读 · 2024年4月24日
Arxiv
14+阅读 · 2023年9月27日
Arxiv
70+阅读 · 2022年6月30日
Image Segmentation Using Deep Learning: A Survey
Arxiv
47+阅读 · 2020年1月15日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员