使用OpenVINO GenAI API的輕量級生成式AI

隨著 ChatGPT 等聊天機(jī)器人的風(fēng)暴席卷全球，生成式預(yù)訓(xùn)練 Transformers （GPT） 在開發(fā)者中正在成為家喻戶曉的新名字。生成式 AI（GenAI） 的發(fā)展，尤其是大語言模型和聊天機(jī)器人的進(jìn)步很快、變化不斷，很難預(yù)測接下來會有什么突破，開發(fā)者應(yīng)該關(guān)注什么。我們知道生成式AI將繼續(xù)存在，開發(fā)人員希望看到在本地開發(fā)、維護(hù)和部署 AI 應(yīng)用程序的更簡潔明了的方法。

盡管生成式AI 令人興奮，但對這些模型運行推理仍面臨重大挑戰(zhàn)，尤其是在邊緣設(shè)備和 AI PC 上。

OpenVINO

英特爾硬件上當(dāng)前最先進(jìn)的生成式AI

如今，為了在 Intel 硬件上獲得 生成式AI 的最佳性能，開發(fā)人員可以使用 Optimum Intel 和 OpenVINO 后端優(yōu)化的 Hugging Face 流水線來運行 生成式AI 模型。OpenVINO 可以在 CPU、GPU或NPU 上啟用優(yōu)化，這些可以顯著減少延遲并提高運行效率。此外，我們可以利用量化和權(quán)重壓縮等模型優(yōu)化技術(shù)來最小化內(nèi)存占用（減少 2-3 倍的內(nèi)存使用量）。這通常是模型部署中的主要瓶頸，因為客戶端或邊緣設(shè)備僅配備 32GB 或更少的 內(nèi)存。

圖 1：借助新的 OpenVINO 生成式AI API （GenAI API），我們可以在代碼編寫方面做得更好！如上圖所示，推理代碼僅減少到3行代碼！這種新的工作流程為開發(fā)者提供了一個低得多的的學(xué)習(xí)曲線，從而開始生成式AI 應(yīng)用程序的開發(fā)之旅。

不僅代碼行數(shù)大大減少了，而且安裝的依賴項只有寥寥幾個，從而形成了一個簡潔緊湊的環(huán)境，運行生成式AI 推理僅需216Mb！

圖 2：使用 OpenVINO GenAI API 部署解決方案不僅可以減少磁盤使用量，還可以簡化構(gòu)建生成式 AI 應(yīng)用的依賴性要求。這通常是開發(fā)人員開始維護(hù) 生成式AI 應(yīng)用程序時面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

表 1：OpenVINO GenAI API 與 Optimum-Intel 軟件包的比較

與 Optimum-Intel 相比，GenAI API 僅集成了最常用的采樣方法，包括貪心和波束搜索。同時，開發(fā)者還可以通過多項式解碼 來自定義采樣參數(shù)，例如 Top-k、Temperature等。

考慮到多用戶的場景，GenAI API 僅原生實現(xiàn)了 Continues-batching、Paged-attention。在文本生成過程中，這些技術(shù)可以幫助提高性能并優(yōu)化在進(jìn)行多批次推理時的內(nèi)存消耗。

由于 Hugging Face 的分詞器只能與 Python 配合使用，為了與 OpenVINO C++ 運行時的輸入/輸出張量格式保持一致，GenAI API 將分別通過推理 2 個 OpenVINO 模型來對輸入文本分詞并對輸出解分詞。在這種方法之前，開發(fā)人員可以使用 Optimum-Intel CLI 將 Hugging Face 的分詞器轉(zhuǎn)換為 OpenVINO IR 模型。

到目前為止，我們已經(jīng)強調(diào)了使用新的 OpenVINO GenAI API 的一些關(guān)鍵優(yōu)勢。在下一節(jié)中，我們將更深入地了解如何逐步運行演示。

OpenVINO

使用 OpenVINO GenAI API 的輕量級生成式AI

安裝

設(shè)置新的 OpenVINO GenAI API 以在生成式 AI 和 LLM 上運行推理，設(shè)計簡單明了。安裝過程可以通過 PyPI 或下載存檔來執(zhí)行，讓您可以靈活地選擇最適合您需求的方法。例如，您可以使用以下內(nèi)容進(jìn)行 PyPI 安裝，該安裝包含在我們最新的 OpenVINO 2024.2 版本中：

python-mpipinstallopenvino-genai

關(guān)于安裝的更多信息可以在 https://docs.openvino.ai/2024/get-started/install-openvino/install-openvino-genai.html 找到。

運行推理

安裝 OpenVINO 后，您可以開始在 GenAI 和 LLM 模型上運行推理。通過利用此 API，您可以加載模型，向其傳遞上下文，并僅使用幾行代碼接收響應(yīng)。

在內(nèi)部，OpenVINO 處理輸入文本的標(biāo)記化，在您選擇的設(shè)備上執(zhí)行生成循環(huán)，并提供最終響應(yīng)。讓我們根據(jù) openvino.genai（https://github.com/openvinotoolkit/openvino.genai/tree/master/samples/cpp/chat_sample） 存儲庫中提供的chat_sample（https://github.com/openvinotoolkit/openvino.genai/tree/master/samples/cpp/chat_sample）范例，在 Python 和 C++ 中逐步探索這個過程。

第一步: 必須使用 Hugging Face Optimum-Intel（在本例中，我們使用聊天調(diào)優(yōu)的 Tiny Llama）下載 LLM 模型并將其導(dǎo)出為 OpenVINO IR 格式。對于此步驟，建議創(chuàng)建一個單獨的虛擬環(huán)境，以避免任何依賴項沖突。例如

python-mvenvopenvino_venv

激活它，

openvino_venvScriptactivate

并安裝依賴項，這是模型導(dǎo)出過程所必需的。這些要求可在 openvino.genai 倉庫中找到

python-mpipinstall–upgrade-strategyeager-rrequirements.txt

要下載和導(dǎo)出模型，請使用以下命令。

optimum-cliexportopenvino--trust-remote-code--
modelTinyLlama/TinyLlama-1.1B-Chat-v1.0TinyLlama-1.1B-Chat-v1.0

為了提高 LLM 推理期間的性能，我們建議對模型權(quán)重使用較低的精度，例如 INT4。在模型導(dǎo)出過程中，您可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓縮框架 （NNCF） 壓縮權(quán)重，如下所示。

optimum-cliexportopenvino--trust-remote-code--
modelTinyLlama/TinyLlama-1.1B-Chat-v1.0-–weight-formatint4TinyLlama-
1.1B-Chat-v1.0

此步驟中安裝的虛擬環(huán)境和依賴項不再需要，因為模型只需導(dǎo)出一次。請隨意從磁盤中刪除此虛擬環(huán)境。

第二步:通過 Python 或 C++ API 運行LLM文本生成的推理

通過新的 Python API 設(shè)置流水線：

pipe=ov_genai.LLMPipeline(model_path,"CPU")
print(pipe.generate("TheSunisyellowbecause"))

通過新的 C++ API 設(shè)置流水線：

intmain(intargc,char*argv[]){
std::stringmodel_path=argv[1];
ov::LLMPipelinepipe(model_path,"CPU");//targetdeviceisCPU
std::cout<

	

	如上所示，構(gòu)建 LLM 生成流水線現(xiàn)在只需要幾行代碼。這種簡單性是由于從 Hugging Face Optimum-Intel 導(dǎo)出的模型已經(jīng)包含執(zhí)行所需的所有信息，包括 tokenizer/detokenizer 和生成配置，確保結(jié)果與 Hugging Face 生成一致。我們提供 C++ 和 Python API 來運行 LLM，對應(yīng)用程序的依賴性和添加性最少。

	提供的代碼在 CPU 上運行，但通過將設(shè)備名稱替換為“GPU”，可以很容易地使其在 GPU 上運行：

	
pipe=ov_genai.LLMPipeline(model_path,"GPU")

	

	為了創(chuàng)建更具交互性的用戶界面，我們添加了對流式模型輸出標(biāo)記的支持，以便在模型生成輸出詞后立即提供輸出詞，也可以通過從流處理器返回 True 來隨時停止令牌生成。

	此外，有狀態(tài)模型（https://docs.openvino.ai/2024/openvino-workflow/running-inference/stateful-models.html）在內(nèi)部運行，用于推理文本生成，從而加快生成速度并減少由于數(shù)據(jù)表示轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的開銷。因此，在輸入之間保持 KV緩存被證明可能是有益的。用針對聊天的特定方法 start_chat 和 finish_chat標(biāo)記對話會話來加以實現(xiàn)，如以下示例所示。

	Python:

	
importargparse
importopenvino_genai




defstreamer(subword):
print(subword,end='',flush=True)
#Returnflagcorrespodswhethergenerationshouldbestopped.
#Falsemeanscontinuegeneration.
returnFalse
model_path=TinyLlama-1.1B-Chat-v1.0


device='CPU'#GPUcanbeusedaswell
pipe=openvino_genai.LLMPipeline(args.model_dir,device)


config=openvino_genai.GenerationConfig()
config.max_new_tokens=100


pipe.start_chat()
whileTrue:
prompt=input('question:
')
if'Stop!'==prompt:
break
pipe.generate(prompt,config,streamer)


print('
----------')
pipe.finish_chat()

	

	C++:

	
#include"openvino/genai/llm_pipeline.hpp"


intmain(intargc,char*argv[])try{
if(2!=argc){
throwstd::runtime_error(std::string{"Usage:"}+argv[0]+"");
}
std::stringprompt;
std::stringmodel_path=argv[1];


std::stringdevice="CPU";//GPUcanbeusedaswell
ov::LLMPipelinepipe(model_path,"CPU");

ov::GenerationConfigconfig;
config.max_new_tokens=100;
std::functionstreamer=[](std::stringword){
std::cout<

	

	最后，以下是我們在 AI PC 上運行上述示例時得到的結(jié)果：

	圖 3：在 AI PC 上本地運行的基于 Llama 的聊天機(jī)器人的現(xiàn)場演示

	總而言之 ，GenAI API 包括以下 API，可實現(xiàn)輕量級部署和代碼編寫：

	generation_config – 用于啟用生成過程自定義的配置，例如生成文本的最大長度、是否忽略句尾標(biāo)記以及解碼策略（貪心、波束搜索或多項式采樣）的細(xì)節(jié)。

	llm_pipeline - 提供用于文本生成的類和實用程序，包括用于處理輸入、生成文本和使用可配置選項管理輸出的流水線。

	streamer_base - 用于創(chuàng)建 Streamer 的抽象基類。

	tokenizer - 用于文本編碼和解碼的 Tokenizer 類。

	visibility - 控制 生成式AI 庫的可見性。

	OpenVINO

	總結(jié)

	最新 OpenVINO 2024.2 版本中的新 OpenVINO 生成式AI API 提供了顯著的優(yōu)勢和功能，使其成為開發(fā)人員創(chuàng)建 生成式AI 和大語言模型應(yīng)用程序的強大工具。憑借其簡單的設(shè)置過程和最小的依賴性，該 API 降低了代碼復(fù)雜性，使您能夠僅使用幾行代碼快速構(gòu)建高效的 生成式 AI 推理流水線。此外，對流式模型輸出分詞的支持有助于創(chuàng)建交互式用戶界面，從而增強用戶體驗。

	我們歡迎您試用新的 生成式AI API，并在你的項目中探索更多功能！我們可以一起突破生成式AI通過開源可以實現(xiàn)的界限！