两个各考零分的模型,接起来考了 84 分
两个语言模型,单独面对同一份综合测验,一个考 0.7%,一个考 0%。把它们接起来重新进考场:84.3%。
这不是团队合作的鸡汤,是 ICLR 2024 论文《LLM Augmented LLMs: Expanding Capabilities through Composition》里的真实实验。论文来自 Google DeepMind 和印度科学学院,方法名叫 CALM——Composition to Augment Language Models,用组合来增强语言模型。
先把丑话说在前面:84.3% 出自论文设计的合成键值算术任务,不是通用能力的成绩。但正因为是受控的合成任务,它把「组合为什么有效」这件事的机制露得干干净净。这个机制值得从头上讲。
一半本事,一张综合卷
合成实验是这样设计的:拿两个 GPT-2,各自只训练一种技能——模型 A 学会了键值推理任务 V1,模型 B 学会了任务 V2,谁也没见过完整的多步任务。然后出一张综合卷 V3,把两种能力串在一起考。
结果全在预期之内,又全在情理之外:A 单独考 0.7%,B 单独考 0%,两个都是废柴。可一旦用 CALM 把它们接起来,同一场考试,84.3%。
每个模型都只带着半桶水进场,为什么倒出来是一桶?
答案藏在「废柴」这两个字的准确含义里。A 不是笨,是它会的技能恰好不在考卷上;B 也一样。两份「半份答案」各自残缺,但残缺的位置不重叠——A 缺的正是 B 多的。组合要做的,就是在推理的每一刻,让 A 能随时翻看 B 的「笔记」,把它那半份本事借过来用。
问题是怎么借。
三条老路和第四条路
让模型获得新本事,常规打法有三条。重训一个全能模型,把所有技能塞进一次预训练——最彻底,也最贵。在老模型上微调——便宜些,但老本行常常越学越忘,这也是持续学习领域最头疼的老毛病。权重合并——把两个模型的参数直接揉在一起,数学上漂亮,但它要求两个模型同源同构,一个 7B 的 Llama 和一个别家训的小语种模型,参数根本对不上号,揉不动。
CALM 走了第四条路:两个模型都冻住,一个参数都不改,只在它们中间训一个轻量的「接头」模块。
具体说,主模型在推理的每一层都装上交叉注意力——这个词当场解释一下:普通的自注意力是模型内部各位置互相看,交叉注意力是主模型的每个位置「环顾」另一个模型的全部内部表征,按当前内容的相关性取用。A 在算每一步时,都能顺手查一查 B 那边对同一句话的理解,把有用的信号拿过来。
两家的内部表征「语言」不通——不同模型对同一个词造出的向量天差地别——所以接头里还配了表征投影层做翻译。翻译过来的信号不直接覆盖 A 的想法,而是通过门控残差轻轻加在旁边:每个通道有一个可学习的 tanh 门,训练开始时全部关死在零。也就是说,组合模型的初始状态精确等于原来的 A,一无所知地出门,然后随着训练,让该开的门一点点推开。
整个设计像是不给两位专家重新上课,只在他们的办公室之间拉一条对讲线。线是新的,两位专家的原有本事分毫未动。
换成真模型还灵吗
合成任务干净,但终归是玩具。论文在真实模型上做了同样的实验。
最漂亮的一组:主模型 Llama2-7B,英语扎实,小语种几乎不会;对接的增强模型是专攻低资源语言的 MaLA-500,会说十来种小语种,但英语一塌糊涂。两个「偏科生」接起来,小语种任务最高获得 13 个百分点的绝对提升,而英语成绩不丢。数学推理和代码任务上的实验也呈现同方向的改善——强项之外长出了新枝,强项本身留在原地。
这正是「权重不动」这份保守换来的东西:老能力有结构性保底,而不是被训练过程慢慢磨掉。
门后还有门
边界也要说清楚,视频作者在这点上很诚实,论文自己也认账。
84.3% 是合成任务上的数字,不能直接外推成「组合模型普遍变强」。真实世界的技能重叠远比合成任务复杂,两个模型会的部分互相纠缠时,接头该借什么、不该借什么,比实验里难得多。论文遗留了两个没有完整解决的问题:旧能力在某些任务上仍有轻微回退,门控是保底机制,不是担保机制;递归组合——当第三个、第四个模型也想接上来时,接头叠接头,信息经过一道道翻译会不会层层失真,论文没有给出完整答案。
把 CALM 放进更大的图景里看,模型组合其实有四条路线:权重合并是在参数空间里揉,MoE 是训练时就让专家们同门共读、推理时按需路由,工具调用是在输出层让模型互相接力,CALM 则是在内部表征层架桥。四条路各有各的代价,CALM 的位置在于:它把「获得新能力」的成本从重训一个模型,降到了训一个接口。
所以「继续堆规模」还是「走向组合」,可能从来不是二选一。规模决定两个模型各自那半桶水有多深,组合决定水能不能倒到一起——而 CALM 证明的是,倒水这件事,靠一条对讲线就够了。
论文和代码都公开:arxiv.org/abs/2401.02412,github.com/google-deepmind/calm。仓库 62 个星标,还不到它启发后人的零头。
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