為什么仿佛一夜之間，自然語(yǔ)言處理（NLP）領(lǐng)域就突然突飛猛進(jìn)，摸到了通用人工智能的門檻？如今的大語(yǔ)言模型（LLM）發(fā)展到了什么程度？未來(lái)短時(shí)間內(nèi)，AGI 的發(fā)展路線又將如何？

自 20 世紀(jì) 50 年代圖靈測(cè)試提出以來(lái)，人們始終在探索機(jī)器處理語(yǔ)言智能的能力。語(yǔ)言本質(zhì)上是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的人類表達(dá)系統(tǒng)，受到語(yǔ)法規(guī)則的約束。因此，開發(fā)能夠理解和精通語(yǔ)言的強(qiáng)大 AI 算法面臨著巨大挑戰(zhàn)。過(guò)去二十年，語(yǔ)言建模方法被廣泛用于語(yǔ)言理解和生成，包括統(tǒng)計(jì)語(yǔ)言模型和神經(jīng)語(yǔ)言模型。

近些年，研究人員通過(guò)在大規(guī)模語(yǔ)料庫(kù)上預(yù)訓(xùn)練 Transformer 模型產(chǎn)生了預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型（PLMs），并在解決各類 NLP 任務(wù)上展現(xiàn)出了強(qiáng)大的能力。并且研究人員發(fā)現(xiàn)模型縮放可以帶來(lái)性能提升，因此他們通過(guò)將模型規(guī)模增大進(jìn)一步研究縮放的效果。有趣的是，當(dāng)參數(shù)規(guī)模超過(guò)一定水平時(shí)，這個(gè)更大的語(yǔ)言模型實(shí)現(xiàn)了顯著的性能提升，并出現(xiàn)了小模型中不存在的能力，比如上下文學(xué)習(xí)。為了區(qū)別于 PLM，這類模型被稱為大型語(yǔ)言模型（LLMs）。

從 2019 年的谷歌 T5 到 OpenAI GPT 系列，參數(shù)量爆炸的大模型不斷涌現(xiàn)。可以說(shuō)，LLMs 的研究在學(xué)界和業(yè)界都得到了很大的推進(jìn)，尤其去年 11 月底對(duì)話大模型 ChatGPT 的出現(xiàn)更是引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。LLMs 的技術(shù)進(jìn)展對(duì)整個(gè) AI 社區(qū)產(chǎn)生了重要影響，并將徹底改變?nèi)藗冮_發(fā)和使用 AI 算法的方式。

考慮到 LLMs 的快速技術(shù)進(jìn)步，中國(guó)人民大學(xué)的二十幾位研究者通過(guò)背景知識(shí)、關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)和主流技術(shù)等三方面回顧了 LLMs 的最新進(jìn)展，尤其關(guān)注 LLMs 的預(yù)訓(xùn)練、自適應(yīng)調(diào)優(yōu)、使用和能力評(píng)估。此外他們還總結(jié)和開發(fā) LLMs 的可用資源，討論了未來(lái)發(fā)展方向等問(wèn)題。對(duì)于領(lǐng)域內(nèi)研究人員和工程師而言，這份綜述是一份極其有用的學(xué)習(xí)資源。

論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2303.18223

在進(jìn)入正文前，我們先來(lái)看 2019 年以來(lái)出現(xiàn)的各種大語(yǔ)言模型（百億參數(shù)以上）時(shí)間軸，其中標(biāo)黃的大模型已開源。

LLMs 概覽

在第一節(jié)中，研究者詳細(xì)介紹了 LLMs 的背景、能力和關(guān)鍵技術(shù)。

LLMs 的背景

通常，大型語(yǔ)言模型（LLM）是指包含數(shù)千億（或更多）參數(shù)的語(yǔ)言模型，這些參數(shù)是在大量文本數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的，例如模型 GPT-3、PaLM、Galactica 和 LLaMA。具體來(lái)說(shuō)，LLM 建立在 Transformer 架構(gòu)之上，其中多頭注意力層堆疊在一個(gè)非常深的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中?，F(xiàn)有的 LLM 主要采用與小語(yǔ)言模型類似的模型架構(gòu)（即 Transformer）和預(yù)訓(xùn)練目標(biāo)（即語(yǔ)言建模）。作為主要區(qū)別，LLM 在很大程度上擴(kuò)展了模型大小、預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和總計(jì)算量（擴(kuò)大倍數(shù)）。他們可以更好地理解自然語(yǔ)言，并根據(jù)給定的上下文（例如 prompt）生成高質(zhì)量的文本。這種容量改進(jìn)可以用標(biāo)度律進(jìn)行部分地描述，其中性能大致遵循模型大小的大幅增加而增加。然而根據(jù)標(biāo)度律，某些能力（例如，上下文學(xué)習(xí)）是不可預(yù)測(cè)的，只有當(dāng)模型大小超過(guò)某個(gè)水平時(shí)才能觀察到。

LLMs 的涌現(xiàn)能力

LLM 的涌現(xiàn)能力被正式定義為「在小型模型中不存在但在大型模型中出現(xiàn)的能力」，這是 LLM 與以前的 PLM 區(qū)分開來(lái)的最顯著特征之一。當(dāng)出現(xiàn)這種新的能力時(shí)，它還引入了一個(gè)顯著的特征：當(dāng)規(guī)模達(dá)到一定水平時(shí)，性能顯著高于隨機(jī)的狀態(tài)。以此類推，這種新模式與物理學(xué)中的相變現(xiàn)象密切相關(guān)。原則上，這種能力也可以與一些復(fù)雜的任務(wù)有關(guān)，而人們更關(guān)心可以應(yīng)用于解決多個(gè)任務(wù)的通用能力。這里簡(jiǎn)要介紹了 LLM 的三種代表性的涌現(xiàn)能力：

上下文學(xué)習(xí)。GPT-3 正式引入了上下文學(xué)習(xí)能力：假設(shè)語(yǔ)言模型已經(jīng)提供了自然語(yǔ)言指令和多個(gè)任務(wù)描述，它可以通過(guò)完成輸入文本的詞序列來(lái)生成測(cè)試實(shí)例的預(yù)期輸出，而無(wú)需額外的訓(xùn)練或梯度更新。

指令遵循。通過(guò)對(duì)自然語(yǔ)言描述（即指令）格式化的多任務(wù)數(shù)據(jù)集的混合進(jìn)行微調(diào)，LLM 在微小的任務(wù)上表現(xiàn)良好，這些任務(wù)也以指令的形式所描述。這種能力下，指令調(diào)優(yōu)使 LLM 能夠在不使用顯式樣本的情況下通過(guò)理解任務(wù)指令來(lái)執(zhí)行新任務(wù)，這可以大大提高泛化能力。

循序漸進(jìn)的推理。對(duì)于小語(yǔ)言模型，通常很難解決涉及多個(gè)推理步驟的復(fù)雜任務(wù)，例如數(shù)學(xué)學(xué)科單詞問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)思維鏈推理策略，LLM 可以通過(guò)利用涉及中間推理步驟的 prompt 機(jī)制來(lái)解決此類任務(wù)得出最終答案。據(jù)推測(cè)，這種能力可能是通過(guò)代碼訓(xùn)練獲得的。

關(guān)鍵技術(shù)

接下來(lái)來(lái)看 LLMs 的關(guān)鍵技術(shù)，包括了縮放、訓(xùn)練、能力激發(fā)、對(duì)齊調(diào)優(yōu)、工具利用等。

縮放?？s放是增加 LLMs 模型容量的關(guān)鍵因素，最開始 GPT-3 將模型參數(shù)增至 1750 億，隨后 PaLM 進(jìn)一步將模型參數(shù)增至 5400 億。大規(guī)模參數(shù)對(duì)于涌現(xiàn)能力至關(guān)重要。縮放不僅針對(duì)模型大小，還與數(shù)據(jù)大小和總計(jì)算量有關(guān)。

訓(xùn)練。由于規(guī)模巨大，成功訓(xùn)練一個(gè)具備強(qiáng)大能力的 LLMs 非常具有挑戰(zhàn)性。因此需要分布式訓(xùn)練算法來(lái)學(xué)習(xí) LLMs 的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，經(jīng)常聯(lián)合使用各種并行策略。為了支持分布式訓(xùn)練，DeepSpeed 和 Megatron-LM 等優(yōu)化框架被用來(lái)促進(jìn)并行算法的實(shí)現(xiàn)和部署。此外，優(yōu)化技巧對(duì)訓(xùn)練穩(wěn)定性和模型性能也很重要，例如重新啟動(dòng)訓(xùn)練損失尖峰和混合精度訓(xùn)練。最近的 GPT-4 開發(fā)了特殊的基礎(chǔ)設(shè)施和優(yōu)化方法，從而利用小得多的模型來(lái)預(yù)測(cè)大模型的性能。

能力激發(fā)。在大規(guī)模語(yǔ)料庫(kù)上經(jīng)過(guò)預(yù)訓(xùn)練后，LLMs 被賦予了解決一般任務(wù)的潛在能力。然而當(dāng) LLMs 執(zhí)行某個(gè)特定任務(wù)時(shí)，這些能力可能不會(huì)顯式地表現(xiàn)出來(lái)。因此設(shè)計(jì)適合的任務(wù)指令或特定的上下文策略來(lái)激發(fā)這些能力非常有用，比如思維鏈 prompt 有助于通過(guò)中間推理步驟等解決復(fù)雜推理任務(wù)。此外還可以進(jìn)一步對(duì)具有自然語(yǔ)言任務(wù)描述的 LLMs 進(jìn)行指令調(diào)優(yōu)，以提高對(duì)未見過(guò)任務(wù)的泛化能力。

對(duì)齊調(diào)優(yōu)。由于 LLMs 被訓(xùn)練用來(lái)捕獲預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)料庫(kù)的數(shù)據(jù)特征（包括高質(zhì)量和低質(zhì)量的數(shù)據(jù)），它們很可能生成對(duì)有毒、有偏見和有害的文本內(nèi)容。為了使 LLMs 與人類價(jià)值觀保持一致，InstructGPT 設(shè)計(jì)了一種利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)和人類反饋的高效調(diào)優(yōu)方法，使得 LLMs 能夠遵循預(yù)期指令。ChatGPT 是在類似 InstructGPT 的技術(shù)上開發(fā)的，在產(chǎn)生高質(zhì)量、無(wú)害的響應(yīng)方面表現(xiàn)出了強(qiáng)大的對(duì)齊能力。

工具利用。LLMs 本質(zhì)上是基于大規(guī)模純文本語(yǔ)料庫(kù)訓(xùn)練的文本生成器，因此在數(shù)值計(jì)算等文本表達(dá)不佳的任務(wù)上表現(xiàn)沒(méi)那么好。此外 LLMs 的能力受限于預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，無(wú)法捕獲最新信息。針對(duì)這些問(wèn)題，人們提出使用外部工具來(lái)彌補(bǔ) LLMs 的不足，比如可以利用計(jì)算器進(jìn)行精確計(jì)算，使用搜索引擎檢索未知信息。ChatGPT 更是利用外部插件來(lái)聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)新知識(shí)，這種機(jī)制可以廣泛擴(kuò)展 LLMs 的能力范圍。

LLMs 資源

考慮到具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問(wèn)題和巨大的計(jì)算資源需求，開發(fā)或復(fù)制 LLMs 絕不是一件容易的事情。一個(gè)可行的方法是從現(xiàn)有的 LLMs 中學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，并重新使用公開的資源來(lái)進(jìn)行漸進(jìn)式的開發(fā)或?qū)嶒?yàn)研究。

在第三節(jié)中，研究者主要總結(jié)了開源的模型檢查點(diǎn)或 API、可用的語(yǔ)料庫(kù)以及對(duì) LLM 有用的庫(kù)。下表 1 為近年來(lái)百億參數(shù)以上大模型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

下表 2 列出了常用的數(shù)據(jù)源。

預(yù)訓(xùn)練

預(yù)訓(xùn)練建立了 LLMs 的能力基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)大規(guī)模語(yǔ)料庫(kù)的預(yù)訓(xùn)練，LLMs 可以獲得基本的語(yǔ)言理解和生成技能。在這個(gè)過(guò)程中，預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)料庫(kù)的規(guī)模和質(zhì)量是 LLMs 獲得強(qiáng)大能力的關(guān)鍵。此外，為了有效地預(yù)訓(xùn)練 LLMs，模型架構(gòu)、加速方法和優(yōu)化技術(shù)都需要精心設(shè)計(jì)。在第四節(jié)中，研究者首先在第 4.1 節(jié)討論了數(shù)據(jù)的收集和處理，然后在第 4.2 節(jié)介紹了常用的模型架構(gòu)，最后在第 4.3 節(jié)介紹了穩(wěn)定和有效優(yōu)化 LLMs 的訓(xùn)練技術(shù)。

數(shù)據(jù)收集

要開發(fā)一個(gè)強(qiáng)大的 LLM，從各種數(shù)據(jù)源中收集大量的自然語(yǔ)言語(yǔ)料至關(guān)重要?，F(xiàn)有 LLMs 主要利用各種公共文本數(shù)據(jù)集作為預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)料庫(kù)。下圖 2 列出了現(xiàn)有 LLMs 的預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)源分布。

收集大量文本數(shù)據(jù)后，必須對(duì)它們進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練以構(gòu)建預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)料庫(kù)，包括去噪、去冗余、去除不相關(guān)和潛在有毒的數(shù)據(jù)。下圖 3 展示了為 LLMs 預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的預(yù)處理 pipeline。

架構(gòu)

在本節(jié)中，研究者回顧了 LLMs 的架構(gòu)設(shè)計(jì)，即主流架構(gòu)，預(yù)訓(xùn)練目標(biāo)和細(xì)節(jié)配置。下表 3 列出了幾個(gè)具有代表性的 LLMs 的模型卡片以及公開的詳細(xì)信息。

由于出色的并行化性和容量，Transformer 架構(gòu)已成為開發(fā)各種 LLM 的 backbone，使得將語(yǔ)言模型擴(kuò)展到數(shù)千億個(gè)參數(shù)成為可能。一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有 LLMs 的主流架構(gòu)大致可以分為三大類，即編碼器 - 解碼器、臨時(shí)解碼器和前綴解碼器。

自 Transformer 出現(xiàn)以來(lái)，各種改進(jìn)被相繼提出以提高其訓(xùn)練穩(wěn)定性，性能和計(jì)算效率。在這一部分中，研究者討論了 Transformer 四個(gè)主要部分的相應(yīng)配置，包括歸一化、位置編碼、激活函數(shù)、注意力機(jī)制和偏置。

預(yù)訓(xùn)練起著十分關(guān)鍵的作用，它將一般知識(shí)從大規(guī)模語(yǔ)料庫(kù)編碼到大規(guī)模模型參數(shù)中。對(duì)于訓(xùn)練 LLMs，有語(yǔ)言建模和去噪自編碼兩個(gè)常用的預(yù)訓(xùn)練任務(wù)。

模型訓(xùn)練

在這一部分中，研究者回顧了訓(xùn)練 LLMs 的重要設(shè)置，技術(shù)和訓(xùn)練 LLMs 技巧。

對(duì)于 LLMs 的參數(shù)優(yōu)化，研究者提出了常用的批量訓(xùn)練、學(xué)習(xí)率、優(yōu)化器和訓(xùn)練穩(wěn)定性的設(shè)置。

隨著模型和數(shù)據(jù)規(guī)模的增加，在有限的計(jì)算資源下有效地訓(xùn)練 LLMs 模型已經(jīng)變得困難。特別是，需要解決兩個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題，例如通過(guò)輸入增加訓(xùn)練和將更大的模型加載到 GPU 內(nèi)存中。這一部分回顧了現(xiàn)有工作中幾種廣泛使用的方法，以解決上述兩個(gè)挑戰(zhàn)，即 3D 并行、ZeRO 和混合精度訓(xùn)練，并就如何利用它們進(jìn)行訓(xùn)練給出了建議。

LLMs 的適應(yīng)性調(diào)優(yōu)

經(jīng)過(guò)預(yù)訓(xùn)練，LLMs 可以獲得解決各種任務(wù)的通用能力。然而越來(lái)越多的研究表明，LLMs 的能力可以根據(jù)具體目標(biāo)進(jìn)一步調(diào)整。在第五節(jié)中，研究者詳細(xì)介紹了調(diào)整預(yù)訓(xùn)練 LLMs 的兩個(gè)主要方法，即指令調(diào)優(yōu)（instruction tuning）和對(duì)齊調(diào)優(yōu)（alignment tuning）。前一種方法主要是為了提高或解鎖 LLMs 的能力，而后一種方法則是為了使 LLMs 的行為與人類的價(jià)值觀或偏好一致。

指令調(diào)優(yōu)

本質(zhì)上，指令調(diào)優(yōu)是在自然語(yǔ)言形式的格式化實(shí)例集合上微調(diào)預(yù)訓(xùn)練 LLMs 的方法，這與監(jiān)督微調(diào)和多任務(wù)提示訓(xùn)練高度相關(guān)。為了執(zhí)行指令調(diào)優(yōu)，我們首先需要收集或構(gòu)建指令格式的實(shí)例。然后，我們通常使用這些格式化實(shí)例以監(jiān)督學(xué)習(xí)方式微調(diào) LLMs（例如，使用序列到序列損失進(jìn)行訓(xùn)練）。在指令調(diào)整后，LLMs 可以展示出卓越的能力，泛化出能解決未見任務(wù)的能力，即使在多語(yǔ)言環(huán)境中也是如此。

最近的一項(xiàng)調(diào)查對(duì)指令調(diào)優(yōu)研究進(jìn)行了系統(tǒng)的概述。相比之下，本文主要關(guān)注指令調(diào)優(yōu)對(duì) LLMs 的影響，并提供實(shí)例收集和調(diào)優(yōu)的詳細(xì)指南或策略。此外，本文還討論了使用指令調(diào)優(yōu)來(lái)滿足用戶的實(shí)際需求，這已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有的 LLMs，例如 InstructGPT 和 GPT-4。

格式化實(shí)例構(gòu)建：通常，指令格式的實(shí)例由任務(wù)描述（稱為指令）、輸入輸出對(duì)和少量演示（可選）組成。作為重要的公共資源，現(xiàn)有研究已經(jīng)發(fā)布了大量以自然語(yǔ)言格式化的標(biāo)記數(shù)據(jù)（參見表 5 中的可用資源列表）。接下來(lái)，本文將介紹構(gòu)造格式化實(shí)例的兩種主要方法（參見圖 4 中的插圖），然后討論實(shí)例構(gòu)造的幾個(gè)關(guān)鍵因素。

指令調(diào)優(yōu)策略：與預(yù)訓(xùn)練不同，指令調(diào)優(yōu)通常更有效，因?yàn)橹挥羞m度數(shù)量的實(shí)例用于訓(xùn)練。雖然指令調(diào)優(yōu)可以被認(rèn)為是一個(gè)有監(jiān)督的訓(xùn)練過(guò)程，但它的優(yōu)化在幾個(gè)方面與預(yù)訓(xùn)練不同，例如訓(xùn)練目標(biāo)（即序列到序列損失）和優(yōu)化配置（例如更小的批次） 大小和學(xué)習(xí)率），這在實(shí)踐中需要特別注意。除了這些優(yōu)化配置之外，指令調(diào)優(yōu)還需要考慮兩個(gè)重要方面：

平衡數(shù)據(jù)分布。

結(jié)合指令調(diào)優(yōu)和預(yù)訓(xùn)練。

對(duì)齊調(diào)優(yōu)

這部分首先介紹了對(duì)齊的背景及其定義和標(biāo)準(zhǔn)，然后重點(diǎn)介紹了用于對(duì)齊 LLMs 的人類反饋數(shù)據(jù)的收集，最后討論了用于對(duì)齊調(diào)整的人類反饋強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)鍵技術(shù)。

使用

在預(yù)訓(xùn)練或適應(yīng)性調(diào)整之后，使用 LLMs 的一個(gè)主要方法是為解決各種任務(wù)設(shè)計(jì)合適的 prompt 策略。一個(gè)典型的 prompt 方法是上下文學(xué)習(xí)（in-context learning），它以自然語(yǔ)言文本的形式制定了任務(wù)描述或演示。此外，思維鏈 prompting 方法可以通過(guò)將一系列中間推理步驟納入 prompt 中來(lái)加強(qiáng)上下文學(xué)習(xí)。在第六節(jié)中，研究者詳細(xì)介紹了這兩種技術(shù)的細(xì)節(jié)。

上下文學(xué)習(xí)

作為一種特殊的 prompt 形式，上下文學(xué)習(xí)（ICL）是 GPT-3 首次提出的，它已經(jīng)成為利用 LLMs 的一種典型方法。

思維鏈 prompt

思維鏈（CoT）是一種改進(jìn)的 prompt 策略，可以提高 LLM 在復(fù)雜推理任務(wù)中的表現(xiàn)，如算術(shù)推理、常識(shí)推理和符號(hào)推理。CoT 不是像 ICL 那樣簡(jiǎn)單地用輸入 - 輸出對(duì)來(lái)構(gòu)建 prompt，而是將能夠?qū)е伦罱K輸出的中間推理步驟納入 prompt。在第 6.2 節(jié)中，研究者詳細(xì)說(shuō)明了 CoT 與 ICL 的用法，并討論 CoT 何時(shí)有效以及為何有效。

能力評(píng)估

為了研究 LLMs 的有效性和優(yōu)越性，研究者利用了大量的任務(wù)和基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行實(shí)證評(píng)估和分析。第七節(jié)首先介紹了三種用于語(yǔ)言生成和理解的 LLMs 的基本評(píng)估任務(wù)，然后介紹幾種具有更復(fù)雜設(shè)置或目標(biāo)的 LLMs 的高級(jí)任務(wù)，最后討論了現(xiàn)有的基準(zhǔn)和實(shí)證分析。

基本評(píng)估任務(wù)

圖 7：一個(gè)公開 LLM 的內(nèi)在和外在幻覺的例子（訪問(wèn)日期：2023 年 3 月 19 日）。作為內(nèi)在幻覺的例子，LLM 對(duì) Cindy 和 Amy 之間的關(guān)系給出了一個(gè)與輸入相矛盾的判斷。對(duì)于外在幻覺，在這個(gè)例子中，LLM 似乎對(duì) RLHF（從人類反饋中強(qiáng)化學(xué)習(xí)）的含義有不正確的理解，盡管它能正確理解 LLM 的含義。

高級(jí)任務(wù)評(píng)估

除了上述基本評(píng)估任務(wù)，LLMs 還表現(xiàn)出一些高級(jí)能力，需要特別評(píng)估。在第 7.2 節(jié)中，研究者討論了幾個(gè)有代表性的高級(jí)能力和相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法，包括人工對(duì)齊、與外部環(huán)境的交互以及工具的操作。

總結(jié)與未來(lái)方向

在最后一節(jié)中，研究者總結(jié)了這次調(diào)查的討論，并從以下幾個(gè)方面介紹了 LLMs 的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向。

理論和原理：為了理解 LLM 的基本工作機(jī)制，最大的謎團(tuán)之一是信息如何通過(guò)非常大的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分配、組織和利用。揭示建立 LLMs 能力基礎(chǔ)的基本原則或元素是很重要的。特別是，縮放似乎在提高 LLMs 的能力方面發(fā)揮了重要作用。已有研究表明，當(dāng)語(yǔ)言模型的參數(shù)規(guī)模增加到一個(gè)臨界點(diǎn)（如 10B）時(shí)，一些新興能力會(huì)以一種意想不到的方式出現(xiàn)（性能的突然飛躍），典型的包括上下文學(xué)習(xí)、指令跟隨和分步推理。這些「涌現(xiàn)」的能力令人著迷，但也令人困惑：LLMs 何時(shí)以及如何獲得這些能力？最近的一些研究要么是進(jìn)行廣泛的體驗(yàn)，調(diào)查新興能力的效果和這些能力的促成因素，要么是用現(xiàn)有的理論框架解釋一些特定的能力。一個(gè)有見地的技術(shù)帖子將 GPT 系列模型作為目標(biāo)也專門討論了這個(gè)話題，然而仍然缺少更正式的理論和原則來(lái)理解、描述和解釋 LLM 的能力或行為。由于涌現(xiàn)能力與自然界中的相變有著密切的相似性，跨學(xué)科的理論或原則（例如 LLMs 是否可以被視為某種復(fù)雜系統(tǒng)）可能對(duì)解釋和理解 LLMs 的行為有幫助。這些基本問(wèn)題值得研究界探索，對(duì)于開發(fā)下一代的 LLMs 很重要。

模型架構(gòu)：由于可擴(kuò)展性和有效性，由堆疊的多頭自注意力層組成的 Transformer 已經(jīng)成為構(gòu)建 LLMs 的普遍架構(gòu)。人們提出了各種策略來(lái)提高這個(gè)架構(gòu)的性能，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)配置和可擴(kuò)展的并行訓(xùn)練（見 4.2.2 節(jié)討論）。為了進(jìn)一步提高模型的容量（如多輪對(duì)話能力），現(xiàn)有的 LLMs 通常保持較長(zhǎng)的上下文長(zhǎng)度，例如，GPT-4-32k 具有 32768 個(gè) token 的超大上下文長(zhǎng)度。因此，一個(gè)實(shí)際的考慮是減少標(biāo)準(zhǔn)的自注意力機(jī)制所產(chǎn)生的時(shí)間復(fù)雜性（原始的二次成本）。

此外，研究更高效的 Transformer 變體對(duì)構(gòu)建 LLMs 的影響是很重要的，例如稀疏注意力已經(jīng)被用于 GPT-3。災(zāi)難性遺忘也一直是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)，這也對(duì) LLMs 產(chǎn)生了負(fù)面影響。當(dāng)用新的數(shù)據(jù)調(diào)整 LLMs 時(shí)，原先學(xué)到的知識(shí)很可能被破壞，例如根據(jù)一些特定的任務(wù)對(duì) LLMs 進(jìn)行微調(diào)會(huì)影響它們的通用能力。當(dāng) LLMs 與人類的價(jià)值觀相一致時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)類似的情況，這被稱為對(duì)齊稅（alignment tax）。因此有必要考慮用更靈活的機(jī)制或模塊來(lái)擴(kuò)展現(xiàn)有的架構(gòu)，以有效支持?jǐn)?shù)據(jù)更新和任務(wù)專業(yè)化。

模型訓(xùn)練：在實(shí)踐中，由于巨大的計(jì)算量以及對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和訓(xùn)練技巧的敏感性，預(yù)訓(xùn)練可用的 LLMs 非常困難。因此，考慮到模型有效性、效率優(yōu)化和訓(xùn)練穩(wěn)定性等因素，開發(fā)更系統(tǒng)、更經(jīng)濟(jì)的預(yù)訓(xùn)練方法來(lái)優(yōu)化 LLMs 變得尤為重要。開發(fā)更多的模型檢查或性能診斷方法（例如 GPT-4 中的可預(yù)測(cè)縮放），便于在訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)早期的異常問(wèn)題。此外，它還要求有更靈活的硬件支持或資源調(diào)度機(jī)制，以便更好地組織和利用計(jì)算集群中的資源。由于從頭開始預(yù)訓(xùn)練 LLMs 的成本很高，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)合適的機(jī)制，根據(jù)公開的模型檢查點(diǎn)（例如 LLaMA 和 Flan-T5）不斷地預(yù)訓(xùn)練或微調(diào) LLMs。為此，必須解決一些技術(shù)問(wèn)題，包括數(shù)據(jù)不一致、災(zāi)難性遺忘和任務(wù)專業(yè)化。到目前為止，仍然缺乏具有完整的預(yù)處理和訓(xùn)練日志（例如準(zhǔn)備預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的腳本）的開源模型檢查點(diǎn)以供重現(xiàn)的 LLM。為 LLMs 的研究提供更多的開源模型將是非常有價(jià)值的。此外，開發(fā)更多的改進(jìn)調(diào)整策略和研究有效激發(fā)模型能力的機(jī)制也很重要。

模型的使用：由于微調(diào)在實(shí)際應(yīng)用中的成本很高，prompt 已經(jīng)成為使用 LLMs 的突出方法。通過(guò)將任務(wù)描述和演示例子結(jié)合到 prompt 中，上下文學(xué)習(xí)（prompt 的一種特殊形式）賦予了 LLMs 在新任務(wù)上良好的表現(xiàn)，甚至在某些情況下超過(guò)了全數(shù)據(jù)微調(diào)模型。此外，為了提高復(fù)雜推理的能力，人們提出了先進(jìn)的 prompt 技術(shù)，例如思維鏈（CoT）策略，它將中間的推理步驟納入 prompt。然而，現(xiàn)有的 prompt 方法仍然有以下幾個(gè)不足之處。首先，它在設(shè)計(jì) prompt 時(shí)需要大量的人力，因此為解決各種任務(wù)而自動(dòng)生成有效的 prompt 將非常有用；其次，一些復(fù)雜的任務(wù)（如形式證明和數(shù)字計(jì)算）需要特定的知識(shí)或邏輯規(guī)則，而這些知識(shí)或規(guī)則可能無(wú)法用自然語(yǔ)言描述或用例子來(lái)證明，因此開發(fā)信息量更大、更靈活的任務(wù)格式化的 prompt 方法很重要；第三，現(xiàn)有的 prompt 策略主要集中在單圈的表現(xiàn)上，因此開發(fā)用于解決復(fù)雜任務(wù)的交互式 prompt 機(jī)制（如通過(guò)自然語(yǔ)言對(duì)話）非常有用，ChatGPT 已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。

安全和對(duì)齊：盡管 LLMs 具備相當(dāng)?shù)哪芰?，但它的安全?wèn)題與小型語(yǔ)言模型相似。例如，LLMs 表現(xiàn)出產(chǎn)生幻覺文本的傾向，比如那些看似合理但可能與事實(shí)不符的文本。更糟糕的是，LLMs 可能被有意的指令激發(fā)，為惡意的系統(tǒng)產(chǎn)生有害的、有偏見的或有毒的文本，導(dǎo)致濫用的潛在風(fēng)險(xiǎn)。要詳細(xì)討論 LLMs 的其他安全問(wèn)題（如隱私、過(guò)度依賴、虛假信息和影響操作），讀者可以參考 GPT-3/4 技術(shù)報(bào)告。作為避免這些問(wèn)題的主要方法，來(lái)自人類反饋的強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RLHF）已被廣泛使用，它將人類納入訓(xùn)練循環(huán)，以發(fā)展良好的 LLMs。為了提高模型的安全性，在 RLHF 過(guò)程中加入安全相關(guān)的 prompt 也很重要，如 GPT-4 所示。然而，RLHF 在很大程度上依賴于專業(yè)標(biāo)簽人員的高質(zhì)量的人類反饋數(shù)據(jù)，使得它很難在實(shí)踐中得到正確的實(shí)施。因此，有必要改進(jìn) RLHF 框架，以減少人類標(biāo)簽員的工作，并尋求一種更有效的注釋方法，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，例如可以采用 LLMs 來(lái)協(xié)助標(biāo)注工作。最近，紅色團(tuán)隊(duì)被采用來(lái)提高 LLMs 的模型安全性，它利用收集的對(duì)抗性 prompt 來(lái)完善 LLMs（即避免紅色團(tuán)隊(duì)的攻擊）。此外，通過(guò)與人類交流建立 LLMs 的學(xué)習(xí)機(jī)制也很有意義，人類通過(guò)聊天給出的反饋可以直接被 LLMs 利用來(lái)進(jìn)行自我完善。

應(yīng)用和生態(tài)系統(tǒng)：由于 LLMs 在解決各種任務(wù)方面表現(xiàn)出強(qiáng)大的能力，它們可以被應(yīng)用于廣泛的現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用（例如，遵循特定的自然語(yǔ)言指令）。作為一個(gè)顯著的進(jìn)步，ChatGPT 已經(jīng)潛在地改變了人類獲取信息的方式，這帶來(lái)了新必應(yīng)的發(fā)布。在不久的將來(lái)，可以預(yù)見，LLMs 將對(duì)信息搜索技術(shù)產(chǎn)生重大影響，包括搜索引擎和識(shí)別系統(tǒng)。

此外，隨著 LLMs 的技術(shù)升級(jí)，智能信息助理的發(fā)展和使用將得到極大的促進(jìn)。在更廣泛的范圍內(nèi)，這一波技術(shù)創(chuàng)新傾向于建立一個(gè)由 LLMs 授權(quán)的應(yīng)用程序的生態(tài)系統(tǒng)（例如，ChatGPT 對(duì)插件的支持），這將與人類生活密切相關(guān)。最后，LLMs 的崛起為通用人工智能（AGI）的探索提供了啟示。它有希望開發(fā)出比以往更多的智能系統(tǒng)（可能有多模態(tài)信號(hào)）。同時(shí)，在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中，人工智能的安全性應(yīng)該是首要關(guān)注的問(wèn)題之一，也就是說(shuō)，讓人工智能為人類帶來(lái)好處而不是壞處。

審核編輯 ：李倩