The discovery of the lazy neuron phenomenon in trained Transformers, where the vast majority of neurons in their feed-forward networks (FFN) are inactive for each token, has spurred tremendous interests in activation sparsity for enhancing large model efficiency. While notable progress has been made in translating such sparsity to wall-time benefits, modern Transformers have moved away from the ReLU activation function crucial to this phenomenon. Existing efforts on re-introducing activation sparsity often degrade model quality, increase parameter count, complicate or slow down training. Sparse attention, the application of sparse activation to the attention mechanism, often faces similar challenges. This paper introduces the Spark Transformer, a novel architecture that achieves a high level of activation sparsity in both FFN and the attention mechanism while maintaining model quality, parameter count, and standard training procedures. Our method realizes sparsity via top-k masking for explicit control over sparsity level. Crucially, we introduce statistical top-k, a hardware-accelerator-friendly, linear-time approximate algorithm that avoids costly sorting and mitigates significant training slowdown from standard top-$k$ operators. Furthermore, Spark Transformer reallocates existing FFN parameters and attention key embeddings to form a low-cost predictor for identifying activated entries. This design not only mitigates quality loss from enforced sparsity, but also enhances wall-time benefit. Pretrained with the Gemma-2 recipe, Spark Transformer demonstrates competitive performance on standard benchmarks while exhibiting significant sparsity: only 8% of FFN neurons are activated, and each token attends to a maximum of 256 tokens. This sparsity translates to a 2.5x reduction in FLOPs, leading to decoding wall-time speedups of up to 1.79x on CPU and 1.40x on GPU.


翻译:暂无翻译

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
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3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
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
3+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
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3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
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
3+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员