
AI大模型应用技术栈:从底层到前沿的AI之旅
摘要:最近大模型很火热,deepseek也很火热,所以所有的企业都想把AI大模型加入进来,当想到这里的时候,就会遇到这个问题,大模型能做什么,不能做什么,能做到什么程度,为此,今天先分享一下一个AI大模型应用开发涉及到的技术栈有哪些?基石:基础设施层网络与算力调度核心:模型层应用:应用技术栈呈现:应用层01—基石:基础设施层(一)硬件核心1、GPU:并行计算的 “超级引擎”在大模型的世界里,GPU
摘要:最近大模型很火热,deepseek也很火热,所以所有的企业都想把AI大模型加入进来,当想到这里的时候,就会遇到这个问题,大模型能做什么,不能做什么,能做到什么程度,为此,今天先分享一下一个AI大模型应用开发涉及到的技术栈有哪些?
基石:基础设施层
网络与算力调度
核心:模型层
应用:应用技术栈
呈现:应用层
01
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基石:基础设施层
(一)硬件核心
1、GPU:并行计算的 “超级引擎”
在大模型的世界里,GPU 堪称是并行计算的 “超级引擎”。就拿 ChatGPT 来说,其训练过程涉及海量的数据和复杂的算法,GPU 的并行计算能力在其中发挥了关键作用。它就像是一位拥有众多助手的指挥官,每个助手都能同时处理不同的任务,从而大大加速了模型的训练和推理。
从技术原理上讲,GPU 拥有成百上千个核心,这些核心可以同时执行相同或不同的任务。以矩阵运算为例,在神经网络的前向传播和反向传播过程中,需要进行大量的矩阵乘法和加法运算。GPU 能够利用其并行计算能力,同时处理多个数据样本的矩阵运算,而 CPU 由于核心数量相对较少,处理速度则慢得多。在图像识别领域,GPU 可以同时对多个图像进行特征提取和分析,大大提高了识别的效率和准确性。
CPU:多面手的 “幕后英雄”
CPU 则是多面手的 “幕后英雄”。虽然在大模型计算中,GPU 占据了主导地位,但 CPU 的作用同样不可或缺。在数据预处理阶段,CPU 就像是一位勤劳的工匠,对原始数据进行清洗、整理和转换,为后续的模型训练做好准备。在任务调度方面,CPU 又像是一位经验丰富的调度员,合理分配计算资源,确保各个任务有序进行。
在自然语言处理任务中,CPU 负责将文本数据进行分词、词性标注等预处理工作,然后将处理后的数据交给 GPU 进行进一步的计算。在深度学习框架中,CPU 还负责管理和协调 GPU 的工作,确保整个计算过程的稳定和高效。
存储设备:数据的 “稳定仓库”
存储设备是数据的 “稳定仓库”,它负责保存数据和模型参数。在大模型训练中,数据和模型参数的规模往往非常庞大,因此需要可靠的存储设备来存储。硬盘是常用的存储设备之一,它具有容量大、价格相对较低的特点,适合长期存储大量数据。而内存则具有高速读写的特点,虽然断电后数据会丢失,但适合临时存储正在运行的程序和数据。
在训练一个大型的图像识别模型时,需要将大量的图像数据存储在硬盘中。在训练过程中,数据会被读取到内存中,然后由 GPU 进行处理。模型训练完成后,模型参数会被保存回硬盘中,以便后续使用。不同的存储设备在大模型架构中都有着各自的特点和适用场景,它们相互配合,为大模型的运行提供了稳定的数据存储支持。
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网络与算力调度
网络:数据传输的 “高速公路”
网络是数据传输的 “高速公路”,它在保障大模型数据传输中起着至关重要的作用。在大模型训练中,大量的数据需要在不同的设备之间传输,如从存储设备到 GPU,从 GPU 到 CPU 等。如果网络带宽不足或稳定性差,就会导致数据传输速度慢,甚至出现数据丢失的情况,从而影响模型的运行效率。
以分布式训练为例,多个 GPU 之间需要频繁地交换数据,以同步模型参数和梯度。如果网络带宽不足,就会导致数据传输延迟,从而增加训练时间。网络的稳定性也非常重要,如果网络出现故障,就会导致训练中断,需要重新开始训练。
算力调度:资源分配的 “智慧大脑”
算力调度是资源分配的 “智慧大脑”,它通过合理分配计算资源,提高计算效率,降低成本。在大模型训练中,不同的任务对算力的需求不同,算力调度系统可以根据任务的需求,动态地分配计算资源,确保每个任务都能得到足够的算力支持。
在一个包含多个大模型训练任务的计算集群中,算力调度系统可以根据每个任务的优先级、计算量和所需资源等因素,合理地分配 GPU、CPU 等计算资源。对于计算量较大的任务,可以分配更多的 GPU 资源,以加快计算速度;对于优先级较高的任务,可以优先分配资源,以确保任务能够及时完成。通过算力调度,还可以避免资源的浪费,提高资源的利用率,从而降低计算成本。
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核心:模型层
(一)大语言模型
大语言模型是一种基于深度学习的自然语言处理模型,它通过对海量文本数据的学习,能够理解和生成自然语言。其工作原理基于 Transformer 架构,这种架构采用了多头注意力机制,能够并行地关注输入文本的不同部分,从而更好地捕捉文本中的语义和语法信息。
在自然语言处理任务中,大语言模型具有显著的优势。它能够处理多种类型的任务,如文本生成、问答系统、机器翻译等。在文本生成方面,大语言模型可以根据给定的主题或提示,生成连贯、富有逻辑的文本。ChatGPT 可以生成新闻报道、故事、诗歌等各种类型的文本,其生成的文本质量高,语言流畅,甚至可以达到专业作家的水平。在问答系统中,大语言模型能够理解用户的问题,并给出准确、详细的回答。百度的文心一言在知识问答领域表现出色,能够快速准确地回答用户关于历史、科学、技术等方面的问题。
(二)语言 - 视觉大模型
语言 - 视觉大模型旨在融合语言和视觉信息,实现更强大的跨模态理解和交互。这类模型通过特殊的架构设计,将语言模型和视觉模型进行有机结合,使得模型能够同时处理文本和图像信息。
以图像描述任务为例,语言 - 视觉大模型可以分析图像中的物体、场景和动作等信息,并生成相应的文本描述。当输入一张猫在草地上玩耍的图片时,模型能够准确地描述出 “一只可爱的猫在绿色的草地上欢快地玩耍”。在视觉问答领域,语言 - 视觉大模型能够理解图像内容,并回答与图像相关的问题。例如,对于问题 “图片中的猫是什么颜色的?”,模型可以通过分析图像给出准确的答案。
(三)语音 - 语言大模型
语音 - 语言模型主要用于实现语音与语言的转换,它结合了语音识别和自然语言处理技术,能够将语音信号转换为文本,并对文本进行理解和处理,反之亦然。
在语音助手场景中,语音 - 语言模型发挥着重要作用。当用户说出 “打开音乐” 的指令时,语音助手首先通过语音识别技术将语音转换为文本,然后利用自然语言处理技术理解用户的意图,最后执行相应的操作,如打开音乐播放软件并播放音乐。在语音翻译领域,语音 - 语言模型可以实现实时的语音翻译。当用户说中文时,模型能够将其转换为英文语音输出,方便不同语言的用户进行交流。语音大模型的主要应用场景比如输入一段中文文案,克隆成某个人的声音,说出来,是语音大模型的主要功能。
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应用:应用层技术栈
(一)智能体
智能体技术利用大模型强大的推理能力,实现任务的自主规划和拆解,就像是一位经验丰富的项目经理,能够将复杂的任务有条不紊地分解为多个子任务,并合理安排执行顺序。以办公场景中的项目策划为例,当接到一个项目策划任务时,智能体可以先分析项目的目标和要求,然后将任务分解为市场调研、竞品分析、方案制定、团队协作等多个子任务。它会利用网络搜索工具获取市场和竞品信息,使用文档处理工具撰写方案,并通过协作平台与团队成员进行沟通和协作。在这个过程中,智能体能够根据任务的进展和反馈,动态调整任务计划,确保项目的顺利进行。智能体还可以应用于智能家居系统,通过对用户指令的理解和分析,智能体可以控制各种智能设备,实现家居环境的自动化管理。当用户说 “我回家了”,智能体可以自动打开灯光、调节空调温度、播放音乐等,为用户提供便捷的生活体验。
(二)检索增强生成(RAG)
RAG 技术通过检索相关信息来增强生成内容的准确性,就像是为模型配备了一个强大的知识助手。当用户提出问题时,RAG 系统会先在知识库中检索与问题相关的信息,然后将这些信息与模型的已有知识相结合,生成更加准确和丰富的回答。在医疗领域,医生在诊断疾病时,RAG 系统可以检索大量的医学文献和病例数据,为医生提供参考和建议。当医生输入患者的症状和检查结果时,RAG 系统可以快速检索到相关的疾病诊断标准、治疗方案和临床案例,帮助医生做出更准确的诊断和治疗决策。在法律领域,律师在处理案件时,RAG 系统可以检索法律法规、案例库和法律文献,为律师提供法律依据和参考。当律师需要查询某个法律条款的解释或类似案例时,RAG 系统可以迅速给出相关信息,提高律师的工作效率和准确性。
(三)微调
微调技术通过在特定任务的数据集上对大模型进行进一步训练,使模型能够更好地适应特定任务的需求。以金融领域的风险评估为例,预训练的大模型虽然具有强大的语言理解和处理能力,但对于金融领域的专业知识和风险评估任务可能并不完全适用。通过使用金融领域的历史数据和风险评估指标对大模型进行微调,可以使模型学习到金融领域的特定模式和规律,从而提高风险评估的准确性。在微调过程中,模型会根据数据集的特点和任务要求,调整自身的参数,以更好地拟合数据。这样,微调后的模型在处理金融风险评估任务时,能够更加准确地识别风险因素,预测风险概率,为金融机构提供更可靠的决策支持。
(四)提示词工程与思维链
提示词工程通过精心设计输入给模型的提示词,引导模型生成符合预期的回答,就像是给模型一个明确的指令。思维链技术则是让模型展示其推理过程,使回答更加透明和可解释,就像是为模型的思考过程绘制一幅清晰的地图。在数学问题解决中,当我们向模型提问 “一个水池有进水管和出水管,进水管每小时进水 5 立方米,出水管每小时出水 3 立方米,水池原本有 10 立方米的水,问几小时后水池会被注满?” 我们可以使用提示词工程,在问题中加入 “请一步一步思考,先计算每小时水池的净进水量,再计算注满水池所需的时间” 这样的提示,引导模型按照正确的思路进行计算。同时,思维链技术可以让模型展示其计算过程,如 “每小时水池的净进水量为 5 - 3 = 2 立方米,水池还需要注入的水量为水池容量减去原本的水量,假设水池容量为 V 立方米,那么还需要注入 V - 10 立方米的水,所以注满水池所需的时间为 (V - 10) / 2 小时”,这样我们就能清楚地看到模型的推理过程,更好地理解和验证答案的正确性。
05
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应用:呈现层
(一)增强检索类应用
增强检索类应用以智能搜索为典型代表,在当今信息爆炸的时代,互联网上的信息呈海量增长,如何从这茫茫信息海洋中快速、准确地找到我们需要的信息,成为了一个亟待解决的问题。智能搜索借助大模型的强大能力,为我们提供了更加精准和高效的搜索体验。
传统的搜索技术主要基于关键词匹配,往往只能返回与关键词字面相关的结果,无法理解用户的真正意图。而智能搜索则利用大模型对自然语言的理解能力,能够深入分析用户的查询内容,挖掘其背后的语义和语境信息。当用户输入 “如何提高工作效率” 时,智能搜索不仅能返回包含 “工作效率” 关键词的网页,还能理解用户可能关心的是时间管理技巧、工作方法改进、办公软件使用等方面的内容,从而返回更加全面和相关的结果。
大模型还可以对搜索结果进行智能排序和筛选。它能够根据用户的历史搜索记录、浏览行为等数据,分析用户的兴趣和偏好,为用户提供个性化的搜索结果。经常关注科技领域的用户,在搜索相关信息时,智能搜索会优先展示最新的科技资讯和专业的技术分析文章。通过这种方式,智能搜索大大提升了搜索结果的相关性和准确性,节省了用户的时间和精力,让我们能够更加便捷地获取所需信息。
(二)智能体类应用
智能体类应用以虚拟助手为主要体现,虚拟助手通过与用户的交互,为用户提供个性化的服务和支持,已经逐渐融入到我们生活的方方面面。无论是在智能手机上,还是在智能家居系统中,虚拟助手都能随时响应我们的需求,成为我们生活的得力小帮手。
在智能手机上,虚拟助手如苹果的 Siri、小米的小爱同学等,能够理解用户的语音指令,完成各种任务。用户可以通过语音指令让虚拟助手查询天气、设置闹钟、发送短信、播放音乐等。当用户说 “明天早上 7 点叫我起床”,虚拟助手能够准确理解用户的意图,并在第二天早上 7 点准时发出提醒。虚拟助手还能与用户进行对话,回答用户的问题,提供信息和建议。当用户询问 “附近有什么好吃的餐厅”,虚拟助手可以根据用户的位置信息,推荐周边的美食餐厅,并提供相关的评价和推荐菜品。
在智能家居系统中,虚拟助手更是发挥着重要的作用。它可以控制各种智能设备,实现家居环境的自动化管理。用户可以通过语音指令让虚拟助手打开灯光、调节空调温度、关闭窗帘等。当用户回家时,说一句 “我回家了”,虚拟助手就可以自动打开灯光、调节室内温度,营造一个舒适的家居环境。虚拟助手还能根据用户的生活习惯和偏好,自动调整家居设备的运行状态。在用户晚上睡觉前,自动关闭不必要的电器设备,降低能源消耗。
(三)事务处理类应用
事务处理类应用以自动化办公为重要场景,在数字化办公的今天,自动化办公利用大模型实现文档处理、流程自动化等功能,大大提高了办公效率和质量,减轻了办公人员的工作负担。
在文档处理方面,大模型可以实现文档的自动生成、内容提取和格式转换。当需要撰写一份工作报告时,用户只需输入相关的主题和要点,大模型就能自动生成一份完整的报告,包括引言、正文、结论等部分,且语言表达流畅、逻辑清晰。大模型还能从大量的文档中快速提取关键信息,如从合同文档中提取重要条款、从会议纪要中提取决策事项等。在格式转换方面,大模型可以轻松将文档从一种格式转换为另一种格式,如将 Word 文档转换为 PDF 文档,或将 PPT 文档转换为图片格式,方便用户在不同场景下使用。
在流程自动化方面,大模型可以实现业务流程的自动化处理。以审批流程为例,大模型可以自动识别审批文件的内容和类型,根据预设的审批规则和流程,自动将文件发送给相应的审批人员,并提醒审批人员及时处理。在审批过程中,大模型还能对审批意见进行分析和总结,生成审批报告。通过流程自动化,不仅提高了审批效率,还减少了人为错误和延误,确保了业务流程的顺畅进行。
(四)探索式分析或者非结构化分析
大模型带来的对话式交互方式,正在深刻改变数据分析的模式。以往,数据分析往往是技术人员的专属领域,非技术人员由于缺乏专业知识和技能,难以从海量数据中获取有价值的信息。而现在,大模型通过自然语言交互技术,打破了这一壁垒,让数据分析变得更加便捷和高效。探索性分析旨在降低数据使用的难度,对数据准确性要求不高,探索出某种可能性后可以详细在做精细的数据分析。
在社交媒体蓬勃发展的当下,每天都有海量的文本数据产生,这些数据蕴含着丰富的用户需求和情感倾向信息,对于企业来说是一座宝贵的信息金矿 。而大模型凭借其强大的自然语言处理能力,成为了挖掘这座金矿的有力工具。以电商领域为例,众多电商平台上积累了大量的用户评价数据。这些评价往往是用户对商品或服务的真实反馈,包含了产品质量、使用体验、物流配送等多方面的信息,但它们以非结构化的文本形式存在,传统的数据分析方法难以从中快速准确地提取关键信息 。大模型则可以通过深度学习算法,对这些用户评价进行分析。它能够理解文本中的语义、语法和语境,准确判断用户的情感倾向,是满意、不满意还是中性;还能提取出用户提及的关键信息,如产品的优点、缺点、改进建议等 。某知名电商平台利用大模型对用户评价进行分析后发现,用户在评价一款手机时,频繁提到 “拍照效果好”“电池续航短” 等关键词。基于这些分析结果,该平台一方面向手机供应商反馈,促使其改进电池技术;另一方面,在推荐该手机时,突出其拍照优势,同时提醒用户关注电池续航问题,从而提升了用户的购买体验和满意度 。 在舆情监测领域,大模型同样发挥着重要作用。它可以实时监测社交媒体、新闻网站等平台上的信息,快速识别出与企业或品牌相关的舆情,并分析其情感倾向和传播趋势。一旦发现负面舆情,企业能够及时采取措施进行应对,避免舆情进一步发酵,保护企业的品牌形象 。大模型在文本数据解析方面的高效性和准确性,为企业提供了深入了解市场和用户的途径,帮助企业在激烈的市场竞争中做出更明智的决策。
AI 大模型应用技术栈的各个层次紧密协作,共同构建了强大的 AI 应用生态系统。从底层的基础设施层提供坚实的硬件支撑,到模型层作为核心实现各种 AI 功能,再到应用技术层助力模型更好地服务于具体任务,最后在应用层为用户呈现丰富多彩的 AI 应用,每一层都不可或缺。
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第一阶段: 从大模型系统设计入手,讲解大模型的主要方法;
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第三阶段: 大模型平台应用开发借助阿里云PAI平台构建电商领域虚拟试衣系统;
第四阶段: 大模型知识库应用开发以LangChain框架为例,构建物流行业咨询智能问答系统;
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