コンパクトAIの推論力：挑戦的なGPT？

近年、AIフィールドは、大規模な言語モデル（LLMS）の成功に魅了されています。最初は自然言語処理のために設計されたこれらのモデルは、人間のような段階的な思考プロセスで複雑な問題に取り組むことができる強力な推論ツールに進化しました。ただし、並外れた推論能力にもかかわらず、LLMには、高い計算コストや展開速度が遅いなど、大きな欠点があり、モバイルデバイスやエッジコンピューティングなどのリソース制約のある環境での実際の使用を実用的ではありません。これにより、コストとリソースの需要を最小限に抑えながら、同様の推論機能を提供できる、より小さく、より効率的なモデルの開発に関心が高まっています。この記事では、これらの小さな推論モデルの台頭、それらの潜在的、課題、およびAIの将来への影響について説明します。

視点の変化

AIの最近の歴史の多くについて、この分野は「スケーリング法」の原則に従っています。これは、モデルのパフォーマンスがデータ、計算能力、モデルサイズの増加として予測可能に改善することを示唆しています。このアプローチは強力なモデルをもたらしましたが、インフラストラクチャコスト、環境への影響、潜伏期の問題など、大幅なトレードオフも生じています。すべてのアプリケーションが、数千億のパラメーターを備えた大規模なモデルの完全な機能を必要とするわけではありません。多くの実用的な場合（デバイス上のアシスタント、ヘルスケア、教育など）、スマラーモデルは、効果的に推論できる場合、同様の結果を達成できます。

AIの推論を理解する

AIの推論とは、論理チェーンに従い、原因と結果を理解し、意味を推測し、プロセスの計画の手順を推定し、矛盾を特定するモデルの能力を指します。言語モデルの場合、これは多くの場合、情報を取得するだけでなく、構造化された段階的なアプローチを介して情報を操作および推測することも意味します。このレベルの推論は、通常、LLMSを微調整することによって達成され、回答に到達する前にマルチステップの推論を実行します。効果的ですが、これらの方法は重要な計算リソースを必要とし、展開が遅く費用がかかり、アクセシビリティと環境への影響について懸念を引き起こす可能性があります。

小さな推論モデルを理解する

小規模な推論モデルは、大規模なモデルの推論能力を再現することを目的としていますが、計算能力、メモリの使用量、および遅延に関して効率が高くなります。これらのモデルは、多くの場合、知識蒸留と呼ばれる手法を採用しています。ここでは、より小さなモデル（「生徒」）が、より大きな事前に訓練されたモデル（「教師」）から学習します。蒸留プロセスでは、推論能力を転送することを目的として、より大きなモデルによって生成されたデータで小さなモデルをトレーニングすることが含まれます。学生モデルは、パフォーマンスを向上させるために微調整されます。場合によっては、特殊なドメイン固有の報酬関数を使用した強化学習が適用され、タスク固有の推論を実行するモデルの能力をさらに高めることができます。

小さな推論モデルの上昇と進歩

小さな推論モデルの開発における顕著なマイルストーンは、DeepSeek-R1のリリースに伴いました。古いGPUの比較的控えめなクラスターで訓練されているにもかかわらず、DeepSeek-R1は、MMLUやGSM-8Kなどのベンチマーク上のOpenaiのO1などのより大きなモデルに匹敵するパフォーマンスを達成しました。この成果は、より大きなモデルが本質的に優れていると仮定した、従来のスケーリングアプローチの再考につながりました。

DeepSeek-R1の成功は、初期段階での監視された微調整に依存することなく大規模な強化学習を組み合わせた革新的なトレーニングプロセスに起因する可能性があります。この革新は、Deepseek-R1-Zeroの作成につながりました。これは、大きな推論モデルと比較して印象的な推論能力を実証したモデルです。コールドスタートデータの使用などのさらなる改善により、特に数学やコードなどの分野で、モデルの一貫性とタスクの実行が強化されました。

さらに、蒸留技術は、より大きなモデルからより小さく、より効率的なモデルを開発する上で重要であることが証明されています。たとえば、DeepSeekは、15億から700億のパラメーターの範囲のサイズで、モデルの蒸留バージョンをリリースしました。これらのモデルを使用して、研究者は、はるかに小さなモデルであるDeepSeek-R1-Distill-Qwen-32Bをトレーニングしました。これらのモデルは標準のハードウェアで展開できるようになっているため、幅広いアプリケーションのために、より実行可能なオプションになっています。

小さなモデルはGPTレベルの推論に一致する可能性がありますか？

小規模な推論モデル（SRM）がGPTのような大きなモデル（LRMS）の推論力と一致するかどうかを評価するには、標準ベンチマークでのパフォーマンスを評価することが重要です。たとえば、DeepSeek-R1モデルは、O1などの大規模なモデルに匹敵するMMLUテストで約0.844を記録しました。小学校の数学に焦点を当てたGSM-8Kデータセットでは、DeepSeek-R1の蒸留モデルが最高層のパフ​​ォーマンスを達成し、O1とO1-MINIの両方を超えました。

LiveCodeBenchやCodeForcesのタスクなどのコーディングタスクでは、DeepSeek-R1の蒸留モデルはO1-MINIとGPT-4Oと同様に実行され、プログラミングの強力な推論能力を示しています。ただし、より大きなモデルがより広い言語の理解や長いコンテキストウィンドウの処理を必要とするタスクには、タスクに依然として優位性があります。

その強みにもかかわらず、小さなモデルは、拡張された推論タスクに苦労したり、分散型データに直面した場合に苦労します。たとえば、LLMチェスシミュレーションでは、DeepSeek-R1は大規模なモデルよりも多くの間違いを犯し、長期にわたってフォーカスと精度を維持する能力の制限を示唆しています。

トレードオフと実際的な意味

SRMをGPTレベルのLRMと比較すると、モデルサイズとパフォーマンスのトレードオフが重要です。小規模なモデルには、メモリと計算能力が低い必要があるため、エッジデバイス、モバイルアプリ、またはオフラインの推論が必要な状況に最適です。この効率により、運用コストが削減され、DeepSeek-R1などのモデルはO1のような大規模なモデルよりも最大96％安価に実行されます。

ただし、これらの効率性の向上には、いくつかの妥協があります。小規模なモデルは通常、特定のタスクに対して微調整されているため、大規模なモデルと比較して汎用性を制限できます。たとえば、DeepSeek-R1は数学とコーディングに優れていますが、GPT-4oのような大きなモデルが処理できる画像を解釈する機能など、マルチモーダル機能がありません。

これらの制限にもかかわらず、小さな推論モデルの実際的なアプリケーションは膨大です。ヘルスケアでは、標準的な病院サーバー上の医療データを分析する診断ツールを電力することができます。教育では、パーソナライズされた個別指導システムを開発し、学生に段階的なフィードバックを提供するために使用できます。科学研究では、数学や物理学などの分野でのデータ分析と仮説検査を支援できます。 DeepSeek-R1などのモデルのオープンソースの性質は、コラボレーションを促進し、AIへのアクセスを民主化し、小規模な組織が高度な技術から利益を得られるようにします。

結論

言語モデルのより小さな推論モデルへの進化は、AIの大きな進歩です。これらのモデルは、大規模な言語モデルの幅広い機能とまだ完全に一致していない場合がありますが、効率、費用対効果、アクセシビリティにおいて重要な利点を提供します。推論力とリソース効率のバランスをとることにより、小さなモデルがさまざまなアプリケーションで重要な役割を果たすように設定されており、AIが実際の使用のためにより実用的で持続可能になります。