九章云极DataCanvas多模态大模型平台实践与思考

导读：本文将分享九章云极DataCanvas在多模态大模型平台方面的一些思考和实践。

今天的介绍会围绕下面四点展开：

· 多模态大模型的历史发展
· 九章云极DataCanvas的多模态大模型平台
· 九章云极DataCanvas多模态大模型的实践
· 对未来的思考与展望

▌多模态大模型的历史发展

上图这张照片是1956 年在美国达特茅斯学院召开的第一届人工智能 workshop，这次会议也被认为拉开了人工智能的序幕，与会者主要是符号逻辑学届的前驱（除了前排中间的神经生物学家Peter Milner）。

然而这套符号逻辑学理论在随后的很长一段时间内都无法实现，甚至到 80 年代90年代还迎来了第一次AI寒冬期。直到最近大语言模型的落地，我们才发现真正承载这个逻辑思维的是神经网络，神经生物学家Peter Milner的工作激发了后来人工神经网络的发展，也正因为此他被邀请参加了这个学术研讨会。

2012年，Tesla自动驾驶主管Andrew在博客上发布了上面这张图，显示当时美国总统奥巴马和自己的下属开玩笑。要让人工智能去理解这张图，不仅是一个视觉感知任务，因为除了要识别物体，还需要理解他们之间的关系；只有知道体重秤的物理原理，才能知道图里描述的故事：奥巴马踩了秤，导致秤上的人体重升高，他因此做出了这个奇怪的表情，同时其他人在一旁笑。这样的逻辑思维显然已经超出了纯粹的视觉感知范畴，因此必须将视觉认知和逻辑思维结合到一起，才能摆脱“人工智障”的尴尬，而多模态大模型的重要性和困难性也体现在这里。

上图是人类大脑的解剖结构图，图中的语言逻辑区对应的就是大语言模型，而其他的区域则分别对应着不同的感官，包括视觉、听觉、触觉、运动、记忆等等。虽然人工神经网络并不是真正意义上的脑神经网络，但还是可以从中受到一些启发，即构造大模型的时候，可以将不同的功能联合在一起，这也是多模态模型构建的基本思想。

1. 多模态大模型可以做什么？

多模态大模型可以为我们做很多事情，例如视频理解，大模型可以帮我们总结视频的摘要以及关键信息，从而节约我们看视频的时间；大模型还可以帮助我们进行视频的后期分析，例如节目分类、节目收视率统计等；此外，文生图也是多模态大模型的一个重要的应用领域。

而大模型如果和人的运动，或者机器人的运动联合在一起，就会产生一个具身智能体，就像人一样，基于过往经验规划最佳路径的方法，并应用到全新的场景中，解决一些先前没有遇见过的问题，同时规避风险；甚至可以在执行过程中修改原有计划，直到最后获得成功。这也是一个具有广泛前景的应用场景。

2. 多模态大模型

上图是多模态大模型在发展过程中的一些重要节点：

· 2020年的ViT模型（Vision Transformer）是大模型的开端，首次将Transformer架构用到除语言和逻辑处理外的其它类型数据（视觉数据），并且显示了良好的泛化能力；
· 随后通过OpenAI开源的CLIP模型，再次证明了通过ViT和大语言模型的使用，视觉任务实现了很强的长尾泛化能力，即通过常识推测先前没有见过的类别
· 到了2023年，各式各样的多模态大模型逐渐显现，从PaLM-E（机器人），到 whisper（语音识别），再到ImageBind（图像对齐），再到Sam（语义分割），最后到地理图像；还包括微软的统一多模态架构Kosmos2，多模态大模型发展迅速。
· 特斯拉在6月的CVPR还提出了通用世界模型这样的愿景。

从上图可以看出，短短半年时间，大模型就发生了非常多的变化，其迭代速度是非常快的。

3. 模态对齐架构

上图是多模态大模型的通用架构图，包含一个语言模型、一个视觉模型，通过固定语言模型和固定视觉模型进而学习对齐模型；而对齐就是将视觉模型的矢量空间和语言模型的矢量空间进行联合，进而在统一的矢量空间里完成两者内在逻辑关系的理解。

图中所示的Flamingo模型和BLIP2模型都采用类似的结构（Flamingo模型采用Perceiver架构，而BLIP2模型采用改良版的Transformer架构）；然后通过多种对比学习的方法进行预训练，对海量的token进行大量学习，获得较好的对齐效果；最后根据特定的任务对模型进行微调。

▌九章云极DataCanvas的多模态大模型平台

1. AI Foundation Software （AIFS）

九章云极DataCanvas是人工智能基础软件提供商，同时提供算力资源（包括GPU集群），进行高性能的存储和网络优化，在此基础上提供大模型的训练工具，包括数据标注建模实验沙盒等。九章云极DataCanvas不仅支持市面上常见的开源大模型，同时也在自主研发元识多模态大模型。在应用层，提供了工具对提示词进行管理，对模型进行微调，并提供模型运维机制。同时，还开源了一款多模向量数据库，让基础软件架构更加丰富。

2. 模型工具 LMOPS

九章云极DataCanvas专注于全生命周期的开发的优化，包括数据准备（数据标注支持人工标注和智能标注）、模型开发、模型评估（包括横向评估和纵向评估）、模型推理（支持模型量化、知识蒸馏等加速推理机制）、模型应用等。

3. LMB – Large Model Builder

在构建模型时，进行了很多分布式高效优化工作，包括数据并行、Tensor并行、管道并行等。这些分布式优化工作是一键式完成的，并支持可视化调控，可以大大减少人力成本，提升开发效率。

4. LMB – Large Model Builder

对于大模型tuning也进行了优化，包括常见的continue training、supervise tuning，以及reinforcement learning中的human feedback等。此外，对于中文也进行了很多优化，例如中文词表的自动扩展。因为很多中文词汇并未包含在开源大模型中，这些词汇可能会被拆分成多个token；将这些词汇进行自动扩充，可以让模型更好地使用这些词汇。

5. LMS – Large Model Serving

大模型的serving也是非常重要的一个组成部分，平台对模型量化、知识蒸馏等环节也进行了大量的优化，大大降低了计算成本，并通过逐层知识蒸馏来加速transformer，减少其计算量。与此同时，也做了很多剪枝工作（包括结构化剪枝、稀疏剪枝等），大大提升了大模型的推理速度。

此外，对交互式对话过程也进行了优化。例如多轮对话Transformer中，每个tensor的key和value是可以记住的，无需重复计算。因此，可将其存入Vector DB中，实现对话历史记忆功能，提升交互过程中的用户体验。

6. Prompt Manager

大模型提示词设计和构建工具Prompt Manager，通过帮助用户设计更好的提示词，引导大模型生成更加准确、可靠、符合预期的输出内容。该工具既可面向技术人员提供development toolkit的开发模式，也可以面向非技术人员提供人机交互的操作模式，满足不同人群使用大模型的需求。

其主要功能包括：AI模型管理、场景管理、提示词模板管理、提示词开发和提示词应用等。

平台提供了常用的提示词管理工具，可实现版本控制，并提供常用模板来加速提示词的实现。

▌九章云极DataCanvas多模态大模型的实践

1. 多模态大模型——有记忆体

介绍完平台功能，接下来会分享多模态大模型开发实践。

上图是九章云极DataCanvas多模态大模型的基本框架，与其它多模态大模型不同的一点是，它包含记忆体，可以提升开源大模型的推理能力。

一般开源大模型的参数量相对较低，如果再耗用一部分参数量进行记忆，其推理能力将会大幅下降。如果给开源大模型增加记忆体，则会同时提升推理能力和记忆能力。

此外，类似大多数模型，多模态大模型也会固定大语言模型和固定数据编码，针对对齐功能进行单独的模块化的训练；因此，所有不同的数据模态都会对齐到文本中的逻辑部分；在推理的过程，首先对语言进行翻译，然后进行融合，最后进行推理工作。

2. 非结构化数据ETL Pipeline

由于我们的Dingo DB多模向量数据库结合了多模态与ETL的功能，因此能够提供良好的非结构化数据管理能力。平台提供pipeline ETL功能，并做了很多优化，包括算子编译、并行处理，以及缓存优化等。

此外，平台提供Hub，可以将pipeline重复使用，实现最高效的开发体验。同时，支持 Huggingface上的众多编码器，可以实现对不同模态数据的最优编码。

3. 多模态大模型构建方法

九章云极DataCanvas将元识多模态大模型作为底座，支持用户选择其它开源大模型，也支持用户使用自己的模态数据进行训练。
多模态大模型的构建大概分为三个阶段：
· 第一阶段：固定大语言模型和模态编码器训练对齐和查询；
· 第二阶段（可选，支持多模态搜索）：固定大语言模型，模态编码器，对齐和查询模块，训练检索模块；
· 第三阶段（可选，对特定任务）：指令微调大语言模型。

4. 案例-知识库建设

大模型中的记忆体架构，可以帮助我们实现多模态知识库建设，该知识库实际上是模型的应用。知乎就是一个典型的多模态知识库应用模块，其专业知识是可以溯源的。

为了保证知识的确定性和安全性，往往需要对专业知识进行溯源，知识库就可以帮助我们实现这此功能，同时新的知识添加也会比较方便，无需修改模型参数，直接把知识添加进数据库即可。

具体来说，将专业知识通过编码器进行不同的编码选择，同时根据不同的评价方法进行统一评价，通过一键评价来实现编码器的选择。最后应用编码器向量化之后存入DingoDB多模向量数据库，再通过大模型的多模态模块进行相关信息提取，通过语言模型来进行推理。

模型的最后一部分往往需要进行指令精调，由于不同用户的需求不太一样，因此需要对整个多模态大模型进行精调。由于多模态知识库在组织信息这部分特殊的优势，使得模型具备学习检索的能力，这也是我们在文本的段落化过程中做的创新。

一般的知识库是将文档进行段落化，然后对每一段进行独立的文本解锁。这种方法容易受到噪声的干扰，对于很多大的文档，很难判定段落划分的标准。

而我们的模型中，检索模块进行学习，模型自动寻找合适的结构化信息组织。对于某个具体产品，从产品说明书开始，首先定位大的目录段落，再定位到具体的段落。同时由于是多模态的信息集成，除了文字以外往往还会包含图像表格等，也可以进行向量化表达，再结合Meta信息，实现联合检索，从而提升检索效率。

值得说明的是，检索模块使用内存注意力机制，相较于同类算法可提升10%的召回率；同时可将内存注意力机制用于多模态文档处理，这也是非常有优势的一个方面。

▌对未来的思考与展望

1. 企业数据管理 – 知识库

企业中85%的数据都是非结构化数据，只有15%是结构化的数据。过去的20年，人工智能主要是围绕结构化数据展开的，而非结构化数据是非常难以利用的，需要非常大的精力和代价将其转化处理为结构化数据。而借助多模态大模型和多模态知识库，通过人工智能新范式，可以大大提升企业内部管理中非结构化数据的利用率，未来可能会带来10倍的价值增长。

2. 知识库 --> 智能体(Agent)

多模态知识库作为智能体的基础，之上的研发agent、客服agent、销售agent、法律agent，人力资源agent，企业运维 agent等功能都可以通过知识库进行运作。

以销售agent为例，常见架构包括两个agent同时存在，其中一个负责决策，另一个负责销售阶段的分析。这两个模块都可以通过多模态知识库寻找相关信息，包括产品信息、历史销售统计资料、客户画像、过往销售经验等，这些信息整合到一起，帮助这两个agent做最好、最正确的决定，这些决定反过来帮助用户获得最好的销售信息，再记录到多模态数据库集中，如此循环往复，不断提升销售业绩。

我们相信未来最有价值的企业，是将智能体落到实处的企业。希望九章云极DataCanvas可以跟大家一路同行，相互助力。