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百萬(wàn)token上下文窗口也殺不死向量數(shù)據(jù)庫(kù)？CPU笑了

量子位 整合編輯：甘靈文 發(fā)布于：2024-03-21 15:19

“Claude 3、Gemini 1.5，是要把RAG（檢索增強(qiáng)生成）給搞死了嗎？”

隨著新晉大語(yǔ)言模型們的上下文窗口（Context Window）變得越發(fā)得長(zhǎng)，業(yè)界人士針對(duì)“RAG終將消亡”觀點(diǎn)的討論也是愈演愈烈。

之所以如此，是因?yàn)樗鼈兌叨际菫榱私鉀Q大模型的幻覺(jué)問(wèn)題（即那種一本正經(jīng)地胡說(shuō)八道），可以說(shuō)是屬于兩種不同頂尖技術(shù)流派之間的對(duì)峙。

一方面，以Claude 3、Gemini 1.5為代表的流派，陸續(xù)支持200K和100萬(wàn)token的上下文窗口，用大力出奇跡的方式讓大模型能夠精準(zhǔn)檢索到關(guān)鍵信息來(lái)提供準(zhǔn)確答案。

另一方面，RAG則是一種外掛知識(shí)庫(kù)，無(wú)縫集成外部資源，為大語(yǔ)言模型提供了準(zhǔn)確和最新的知識(shí)，以此來(lái)提高生成內(nèi)容的質(zhì)量。

誠(chéng)然有很多人在體驗(yàn)過(guò)超長(zhǎng)上下文窗口大模型后，覺(jué)得這種方式已經(jīng)讓AI在回答的準(zhǔn)確性上做到了突破，無(wú)需再用RAG：

而且從Claude、Gemini等玩家在測(cè)評(píng)榜單的數(shù)據(jù)來(lái)看，在回答準(zhǔn)確性上的成績(jī)也是屢創(chuàng)新高。

但事實(shí)真是如此嗎？不見(jiàn)得。

因?yàn)樵诖似陂g，與“RAG要消亡了”背道而馳的聲音也是越發(fā)堅(jiān)定：

從各種評(píng)價(jià)和討論來(lái)看，這派的觀點(diǎn)可以概括為——你（長(zhǎng)上下文窗口）強(qiáng)任你強(qiáng)，但缺點(diǎn)也是蠻明顯的。

有網(wǎng)友便列舉了長(zhǎng)上下文窗口的四大通病（四個(gè)V）：

Velocity（速度）：基于Transformer的大型模型，在檢索長(zhǎng)上下文時(shí)要想達(dá)到亞秒級(jí)的速度響應(yīng)仍然具有挑戰(zhàn)性。

Value（價(jià)值）：長(zhǎng)上下文窗口畢竟屬于大力出奇跡，但它高支出的特點(diǎn)對(duì)于日常應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在成本上是不切實(shí)際的。

Volume（體量）：即使上下文窗口越發(fā)得長(zhǎng)，但和全網(wǎng)龐大的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)相比就是小巫見(jiàn)大巫；尤其是企業(yè)級(jí)動(dòng)輒GB、TB這種體量，還涉及眾多私有數(shù)據(jù)的情形。

Variety（多樣性）：現(xiàn)實(shí)世界的用例不僅涉及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還包括各種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，它們可能不容易被LLM捕獲用來(lái)訓(xùn)練；而且企業(yè)場(chǎng)景中往往知識(shí)是需要實(shí)時(shí)變化的。

相反，RAG因?yàn)榈靡嬗谄潢P(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一的向量數(shù)據(jù)庫(kù)，反倒是可以較好地規(guī)避上述的“4V”缺陷。

向量數(shù)據(jù)庫(kù)讓大模型能夠快速有效地檢索和處理大量的向量數(shù)據(jù)，從而增強(qiáng)了模型的整體性能和應(yīng)用范圍。

一言蔽之，關(guān)鍵看能不能“快好省”地用起來(lái)。

△圖源：由DALL·E 3生成

那么以RAG、向量數(shù)據(jù)庫(kù)為代表的這一派技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中到底用得如何呢？

為了解答這個(gè)問(wèn)題，我們找到了剛剛發(fā)布相關(guān)創(chuàng)新成果的騰訊云，了解了一下向量數(shù)據(jù)庫(kù)以全新構(gòu)建模式，作為AI知識(shí)庫(kù)能為大模型等帶來(lái)哪些收益？

向量數(shù)據(jù)庫(kù)，已成大模型時(shí)代數(shù)據(jù)中樞

正如我們剛才提到的，RAG的重要組成部分就是外掛的專(zhuān)業(yè)知識(shí)庫(kù)，因此這個(gè)知識(shí)庫(kù)中需得涵蓋能夠精準(zhǔn)回答問(wèn)題所需要的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和規(guī)則。

而要構(gòu)建這個(gè)外掛知識(shí)庫(kù)，常見(jiàn)的方法包括向量數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)圖譜，甚至也可以直接把ElasticSearch數(shù)據(jù)接入。

但由于向量數(shù)據(jù)庫(kù)具備對(duì)高維向量的檢索能力，能夠跟大模型很好地匹配，效果也是較好的那個(gè)，所以成為了目前主流的形式。

△各類(lèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為向量后存入向量數(shù)據(jù)庫(kù)

向量數(shù)據(jù)庫(kù)可以對(duì)向量化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的存儲(chǔ)、處理與管理。

如上圖展示的那樣，數(shù)據(jù)向量化過(guò)程利用了諸如詞向量模型和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)。

通過(guò)Embedding過(guò)程，這些技術(shù)能夠?qū)⑽谋�、圖像、音視頻等多種形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成向量形式，并將其存儲(chǔ)在向量數(shù)據(jù)庫(kù)中。

至于向量數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)功能，則是通過(guò)計(jì)算向量間的相似度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

而騰訊云的創(chuàng)新成果，就是騰訊云向量數(shù)據(jù)庫(kù)（Tencent Cloud VectorDB），它能為多維向量數(shù)據(jù)提供高效的存儲(chǔ)、檢索和分析能力。

其主要特點(diǎn)包括：

Embedding功能：數(shù)據(jù)寫(xiě)入/檢索自動(dòng)向量化，無(wú)需關(guān)注向量生成過(guò)程，這意味著使用門(mén)檻被狠狠地打了下去。

高性能：?jiǎn)嗡饕С智|級(jí)向量數(shù)據(jù)規(guī)模，可支持百萬(wàn)級(jí) QPS 及毫秒級(jí)查詢(xún)延遲。

低成本：只需簡(jiǎn)單操作就可以創(chuàng)建向量數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例，全流程平臺(tái)托管，不需要額外的開(kāi)銷(xiāo)成本。

簡(jiǎn)單易用：不僅向量檢索能力豐富，而且通過(guò)API就能快速操作和開(kāi)發(fā)。

從這些特性不難看出，它恰好補(bǔ)齊了我們剛才提到的上下文窗口方式的一些短板。

也正是憑借這些優(yōu)勢(shì)，騰訊云向量數(shù)據(jù)庫(kù)能夠和大語(yǔ)言模型無(wú)縫對(duì)接：

用戶可以將私有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)文本處理和向量化后，存儲(chǔ)至騰訊云向量數(shù)據(jù)庫(kù)，從而創(chuàng)建一個(gè)定制化的外部知識(shí)庫(kù)。

在后續(xù)的查詢(xún)?nèi)蝿?wù)中，這個(gè)知識(shí)庫(kù)也能為大模型提供必要的提示，從而輔助AGI和AIGC等應(yīng)用產(chǎn)生更精確的輸出。

由此可見(jiàn)，站在大模型時(shí)代之下，向量數(shù)據(jù)庫(kù)已然不僅僅是一種技術(shù)工具，更是連接數(shù)據(jù)與AI的橋梁，是大模型時(shí)代的數(shù)據(jù)中樞，是整個(gè)AI平臺(tái)不可或缺的一部分。

借助這一項(xiàng)項(xiàng)突破，騰訊云VectorDB不僅支持多種索引類(lèi)型和相似度計(jì)算方法，還具有單索引支持千億級(jí)向量規(guī)模、百萬(wàn)級(jí)每秒查詢(xún)率（Queries-per-second，QPS）及毫秒級(jí)查詢(xún)時(shí)延等優(yōu)勢(shì)。

不過(guò)這樣的向量數(shù)據(jù)庫(kù)又是如何搭建起來(lái)的呢？

騰訊云還有一個(gè)殺手锏——

與英特爾合作，以至強(qiáng)CPU平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)軟、硬件兩方面的并行優(yōu)化，為向量數(shù)據(jù)庫(kù)提供顯著的性能加速。

CPU，向量數(shù)據(jù)庫(kù)的好搭檔

向量數(shù)據(jù)庫(kù)搭配CPU，其實(shí)不只是騰訊云一家的選擇，而是整個(gè)行業(yè)現(xiàn)階段的主流共識(shí)：

只有面臨海量高并發(fā)需求時(shí)，使用GPU查詢(xún)向量數(shù)據(jù)庫(kù)才更劃算。

究其原因，還要從向量數(shù)據(jù)庫(kù)和CPU各自的特點(diǎn)，以及實(shí)際業(yè)務(wù)流程分開(kāi)來(lái)看。

首先從向量數(shù)據(jù)庫(kù)的角度分析，其原理上屬于密集型計(jì)算負(fù)載，需要大量訪問(wèn)內(nèi)存中加載的向量。

向量數(shù)據(jù)庫(kù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)最大的區(qū)別在于不是精確匹配，而是依靠各種相似度度量方法來(lái)找到與給定查詢(xún)最相近的向量，這就涉及大量的相似度計(jì)算，如點(diǎn)積、歐式距離、余弦相似度等。

如此一來(lái)，除了運(yùn)算速度之外，內(nèi)存訪問(wèn)速度也很容易成為向量數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行中的瓶頸所在。

帶著這個(gè)背景來(lái)看，CPU不但性能夠用，還占據(jù)了內(nèi)存訪問(wèn)快的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于中等或更少并發(fā)請(qǐng)求來(lái)說(shuō)，雖然GPU單論運(yùn)算速度更快，但CPU較低的內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間足以抵消這個(gè)差距。

接下來(lái)，再?gòu)腃PU的角度來(lái)看，它是如何來(lái)滿足向量數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)算性能需求的。

前面提到向量數(shù)據(jù)庫(kù)屬于密集型計(jì)算負(fù)載，談到CPU上相關(guān)的加速技術(shù)，就不得不提我們的老朋友——從2017年第一代至強(qiáng)® 可擴(kuò)展處理器開(kāi)始就內(nèi)置在這個(gè)CPU產(chǎn)品家族中的英特爾® AVX-512指令集。

這是一種單指令多數(shù)據(jù)（Single Instruction Multiple Data，SIMD）指令集，擁有512位的寄存器寬度，可以在一次操作中處理高維向量的所有數(shù)據(jù)。

△英特爾® SSE、英特爾® AVX2和英特爾® AVX-512之間的寄存器大小和計(jì)算效率的差異說(shuō)明

另一項(xiàng)可為向量數(shù)據(jù)庫(kù)帶來(lái)顯著性能提升的是英特爾® AMX （高級(jí)矩陣擴(kuò)展）加速引擎，它是從第四代至強(qiáng)® 可擴(kuò)展處理器開(kāi)始內(nèi)置的加速技術(shù)，在剛剛發(fā)布的第五代至強(qiáng)® 可擴(kuò)展處理器上也是加速器的“C位”，是大家熟悉的CPU用來(lái)加速AI應(yīng)用，尤其是推理應(yīng)用的核心技術(shù)。

AMX引入的用于矩陣處理的新框架，也能高效地處理向量數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)所需的矩陣乘法運(yùn)算，并在單詞運(yùn)算中處理更大矩陣。

△英特爾® AMX 架構(gòu)由2D 寄存器文件 (TILE) 和 TMUL 組成

在這基礎(chǔ)上，英特爾還與騰訊云合作，針對(duì)騰訊云VectorDB常用的計(jì)算庫(kù)做了專(zhuān)門(mén)的優(yōu)化方案。

例如針對(duì)流行的FAISS相似度搜索（Facebook AI Similarity Search ），借助英特爾® AVX-512為其中不同的索引提出不同的優(yōu)化方案，包括面向IVF- FLAT算法的ReadOnce（單次讀�。�和Discretization（離散化）兩種優(yōu)化思路，來(lái)執(zhí)行用英特爾® AVX-512加速I(mǎi)VF- PQFastScan算法和IVF-SQ索引的優(yōu)化方案。

針對(duì)另一種流行代碼庫(kù)HNSWlib，使用英特爾® AVX-512不僅能加速向量檢索性能，同時(shí)還能使召回率保持平穩(wěn)。

實(shí)地測(cè)試表明，在第三代至強(qiáng)® 可擴(kuò)展處理器平臺(tái)上啟用英特爾® AVX-512優(yōu)化后，相比沒(méi)有啟用優(yōu)化時(shí)，使用IVF-PQFastScan算法執(zhí)行向量檢索時(shí)的QPS性能提升了約一倍；而把計(jì)算平臺(tái)升級(jí)到目前最新的第五代至強(qiáng)® 可擴(kuò)展處理器平臺(tái)后，性能更是會(huì)提升2.3倍！

△英特爾軟硬件產(chǎn)品與技術(shù)帶來(lái)的性能提升（歸一化）

還有，在使用第五代至強(qiáng)® 可擴(kuò)展處理器的算力平臺(tái)上，如果使用英特爾® AMX 加速數(shù)據(jù)格式為 INT8的測(cè)試場(chǎng)景，相比使用英特爾® AVX-512加速數(shù)據(jù)格式為 FP32的測(cè)試場(chǎng)景，性能提升可達(dá)約5.8倍。

△英特爾® AMX 優(yōu)化加速暴力檢索的吞吐性能（歸一化）

AI走向平臺(tái)化，模型不是唯一主角

了解過(guò)騰訊云與英特爾的具體實(shí)踐和優(yōu)化成果，再來(lái)看我們最開(kāi)始的討論，答案也就明晰了。

即使AI模型能力不斷加速進(jìn)化，向量數(shù)據(jù)庫(kù)以及整個(gè)RAG技術(shù)也沒(méi)到消亡的時(shí)候。

究其原因，便是單純的模型能力本身已經(jīng)難以滿足日益深入的應(yīng)用落地需求，AI在落地時(shí)必須會(huì)走向復(fù)雜系統(tǒng)，或者說(shuō)平臺(tái)化。

向量數(shù)據(jù)庫(kù)承載著外部知識(shí)，會(huì)在這個(gè)AI系統(tǒng)或平臺(tái)時(shí)發(fā)揮自己的價(jià)值，但也只是其中的組件之一。

站在這個(gè)層面上看，AI系統(tǒng)或平臺(tái)的綜合能力已不只單看模型自身，還要與整個(gè)系統(tǒng)中其他組件相互配合。

AI系統(tǒng)或平臺(tái)的性能效率也需要從整體考量，不僅僅取決于模型的準(zhǔn)確性和速度。

在騰訊云VectorDB的業(yè)務(wù)實(shí)踐中，最終能發(fā)現(xiàn)CPU是與向量數(shù)據(jù)庫(kù)業(yè)務(wù)很契合，就綜合性能、可擴(kuò)展性、功耗、成本等因素而言是很登對(duì)的搭檔，這就讓CPU在直接加速一些AI應(yīng)用之余，也能成為承載AI系統(tǒng)或平臺(tái)中更多組件的基礎(chǔ)。

這個(gè)故事的另一個(gè)主角英特爾，也在順應(yīng)這一趨勢(shì)不斷深入優(yōu)化，既在微觀上用一顆顆芯片給大模型加速，又在宏觀上用CPU相關(guān)技術(shù)給整個(gè)AI系統(tǒng)或平臺(tái)的落地、應(yīng)用及實(shí)踐加速。

參考鏈接：

[1]https://zilliz.com/blog/will-retrieval-augmented-generation-RAG-be-killed-by-long-context-LLMs

[2]https://www.reddit.com/r/hypeurls/comments/1b9dfo5/gemini_and_claudes_are_killing_rag/

[3]https://cloud.tencent.com/product/vdb

文章來(lái)源：量子位

 

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    呼倫 呼倫 2023-05-05 00:03
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