Group Query Attention (GQA) 机制详解以及手动实现计算

2024-04-19 21:36

本文主要是介绍Group Query Attention (GQA) 机制详解以及手动实现计算,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

Group Query Attention (GQA) 机制详解

1. GQA的定义

Grouped-Query Attention (GQA) 是对 Multi-Head Attention (MHA) 和 Multi-Query Attention (MQA) 的扩展。通过提供计算效率和模型表达能力之间的灵活权衡,实现了查询头的分组。GQA将查询头分成了G个组,每个组共享一个公共的键(K)和值(V)投影。

2. GQA的变体

GQA有三种变体:

  • GQA-1:一个单独的组,等同于 Multi-Query Attention (MQA)。
  • GQA-H:组数等于头数,基本上与 Multi-Head Attention (MHA) 相同。
  • GQA-G:一个中间配置,具有G个组,平衡了效率和表达能力。
3. GQA的优势

使用G个组可以减少存储每个头的键和值所需的内存开销,特别是在具有大的上下文窗口或批次大小的情况下。GQA提供了对模型质量和效率的细致控制。

4. GQA的实现

GQA的最简形式可以通过实现 GroupedQueryAttention 类来实现。GroupedQueryAttention 类继承自 Attention 类,重写了 forward 方法,其中使用了 MultiQueryAttention 类的实例来处理每个组的查询。通过将每个组的结果拼接起来,然后与投影矩阵进行矩阵乘法运算,最终得到 GQA 的输出。[1]

pytorch 示例实现:

假设我们有以下初始化的query, key, value:

# shapes: (batch_size, seq_len, num_heads, head_dim)
query = torch.randn(1, 256, 8, 64)
key = torch.randn(1, 256, 2, 64)
value = torch.randn(1, 256, 2, 64)
1. 确定分组数量

首先,我们需要确定将查询头分为多少组。在这个例子中,我们有8个查询头,而键和值的头数为2,所以我们可以将查询头分为4组,每组有2个查询头。

2. 对查询进行分组

然后,我们将查询头分组。我们可以使用 torch.chunk 函数将查询张量沿着头维度分割成4个组,每个组有2个头。

query_groups = torch.chunk(query, 4, dim=2)  # shape of each group: (1, 256, 2, 64)
3. 计算注意力分数

对于每一个查询组,我们计算它与键的注意力分数。我们首先计算查询组和键的点积,然后通过 torch.softmax 函数得到注意力分数。

attention_scores = []
for query_group in query_groups:score = torch.matmul(query_group, key.transpose(-2, -1))  # shape: (1, 256, 2, 256)score = torch.softmax(score, dim=-1)attention_scores.append(score)
4. 计算注意力输出

接下来,我们使用注意力分数对值进行加权求和,得到每一个查询组的注意力输出。

attention_scores = []
for query_group in query_groups:score = torch.matmul(query_group, key.transpose(-2, -1))  # shape: (1, 256, 2, 256)score = torch.softmax(score, dim=-1)attention_scores.append(score)
5. 拼接输出

最后,我们将所有查询组的注意力输出拼接起来,得到最终的 Grouped Query Attention 的输出。

attention_outputs = []
for score in attention_scores:output = torch.matmul(score, value)  # shape: (1, 256, 2, 64)attention_outputs.append(output)

这就是 Grouped Query Attention 的实现过程。在这个过程中,我们将查询头分组,然后对每一个查询组分别计算注意力分数和输出,最后将所有查询组的输出拼接起来。这样可以减少存储每个头的键和值所需的内存开销,特别是在具有大的上下文窗口或批次大小的情况下。


  1. Grouped-Query Attention (GQA) - The Large Language Model Playbook

  2. 安全验证 - 知乎
  3. 安全验证 - 知乎
  4. 安全验证 - 知乎
  5. Grouped-Query Attention (GQA) - The Large Language Model Playbook

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