Large language model inference on Central Processing Units (CPU) is challenging due to the vast quantities of expensive Multiply-Add (MAD) matrix operations in the attention computations. In this paper, we argue that there is a rare gem in modern CPUs, Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) registers, which allow for ultra-low-latency lookups in batch. We leverage this unique capability of CPUs to propose NoMAD-Attention, an efficient attention algorithm that replaces MAD operations with in-register lookups. Through hardware-aware algorithmic designs, NoMAD-Attention achieves the computation of attention scores using repeated fast accesses to SIMD registers despite their highly limited sizes. Moreover, NoMAD-Attention works with pre-trained attention-based LLMs without model finetuning. Empirical evaluations demonstrate that NoMAD-Attention maintains the quality of the original LLMs well, and speeds up the 4-bit quantized LLaMA-7B-based model by up to 2$\times$ at 16k context length. Our results are reproducible at https://github.com/tonyzhang617/nomad-dist.


翻译:在中央处理器(CPU)上进行大语言模型推理极具挑战性,因为注意力计算涉及大量昂贵的乘加(MAD)矩阵运算。本文指出现代CPU中蕴含着一项鲜为人知的技术——单指令多数据(SIMD)寄存器,该寄存器可实现批量超低延迟查找。我们利用CPU的独特能力提出NoMAD-Attention,这是一种用寄存器内查找替代MAD操作的高效注意力算法。通过硬件感知的算法设计,NoMAD-Attention即使在高限制的SIMD寄存器容量下,仍能通过重复快速访问实现注意力分数计算。此外,该算法无需微调即可直接应用于基于预训练注意力机制的大语言模型。实验结果表明,NoMAD-Attention能良好保持原始大语言模型的生成质量,并在16k上下文长度下,将基于4位量化LLaMA-7B的模型推理速度提升高达2倍。我们的结果可在https://github.com/tonyzhang617/nomad-dist复现。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
综述 | 触觉与力觉感知机器人学习
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:36
综述 | AI科学家的过去与未来
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:35
论文 | OmniScientist:全模态全学科AI科学家
专知会员服务
8+阅读 · 8月16日
无人机已改变战场,但并未解决指挥问题
专知会员服务
11+阅读 · 8月14日
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员