(1)大模型架构综述与数学基础:了解大模型的技术演进脉络(从统计语言模型到神经概率模型,再到Transformer架构)。掌握大模型的核心定义与分类标准:仅编码器架构(BERT)、仅解码器架构(GPT系列)、编码器-解码器架构(T5、BART)的设计理念与适用场景差异。回顾模型搭建所需的数学基础:矩阵微积分、概率图模型、信息论、优化理论在大模型中的应用。
(2)词元化与嵌入表示:深入理解词元化(Tokenization)的核心技术,学习BPE(字节对编码)、WordPiece、Unigram等子词分割算法的原理与实现。掌握词嵌入(Word Embedding)的数学本质,对比静态嵌入(Word2Vec、GloVe)与上下文嵌入的差异。实现从零构建词元化器和嵌入层,理解嵌入矩阵的初始化与训练机制。学习位置编码(Positional Encoding)的设计思想:正弦编码、可学习编码、旋转位置编码(RoPE)的数学原理与实现。
(3)Transformer核心组件从零实现:深入解析Transformer架构的每个核心组件,从零实现自注意力机制(Self-Attention)的数学计算过程,包括Q、K、V矩阵的生成、注意力分数计算、Softmax归一化。掌握多头注意力(Multi-Head Attention)的并行计算机制与拼接投影方法。实现前馈网络(FFN)、层归一化(LayerNorm)、残差连接(Residual Connection)等组件的底层代码。通过单元测试验证各模块的正确性。
(4)仅编码器架构(Encoder-only)深度解析:掌握BERT类模型的架构特点与设计哲学。深入理解双向编码器的预训练任务:掩码语言建模(MLM)、下一句预测(NSP)的实现机制。学习仅编码器架构在自然语言理解任务(文本分类、序列标注、问答系统)中的应用。从零搭建小型BERT模型,分析其在句子表示学习中的特性。
(5)仅解码器架构(Decoder-only)深度解析:掌握GPT系列模型的架构演进与技术特点。深入理解自回归生成机制、因果掩码(Causal Mask)的实现原理。学习仅解码器架构在自然语言生成任务中的应用。从零搭建小型GPT模型,掌握KV缓存(KV Cache)的优化原理与实现。分析不同规模(1.5B、7B、13B)模型的参数量分布与性能特征。
(6)编码器-解码器架构深度解析:掌握T5、BART等模型的统一框架设计。深入理解交叉注意力(Cross-Attention)机制在编码器与解码器之间的信息传递作用。学习序列到序列(Seq2Seq)模型在机器翻译、摘要生成等任务中的应用。从零搭建小型T5模型,对比分析其与仅编码器/仅解码器架构的性能差异。
(7)混合专家模型(MoE)与稀疏激活:了解混合专家模型(Mixture-of-Experts)的核心原理与发展演进。掌握稀疏激活专家网络的动态路由机制,学习门控网络(Gating Network)的设计与负载均衡策略。实现小型MoE层,分析专家数量对模型性能和计算效率的影响。了解MoE在大规模模型(如Mixtral 8x7B)中的应用。
(8)模型参数量计算与分析:掌握大模型参数量的精确计算方法,包括嵌入层、注意力层、前馈网络、层归一化等各部分的参数分布。学习计算FLOPs(浮点运算次数)的方法论,理解训练和推理阶段的算力需求分析。实现模型参数量分析工具,对比不同架构、不同规模模型的参数量分布特征。掌握根据硬件资源(显存、内存)估算最大可训练模型规模的方法。
(9)注意力机制可视化与可解释性分析:深入理解注意力机制的内部工作原理。学习注意力权重可视化技术,分析不同层、不同注意力头关注的语言模式差异。掌握特征重要性分析方法,识别关键注意力头对模型输出的影响。实现注意力模式分析工具,通过具体案例(如代词消解、长距离依赖)验证模型的行为特性。
(10)模型复杂度与效率分析:掌握大模型的时间复杂度与空间复杂度分析方法。学习注意力机制的计算复杂度优化技术:稀疏注意力、滑动窗口注意力、FlashAttention的原理与实现。分析不同序列长度下的显存占用与推理延迟特征。实现模型效率基准测试工具,对比不同架构在实际硬件上的性能表现。
(11)模型初始化与训练稳定性分析:深入理解参数初始化对模型训练的影响,学习Xavier初始化、Kaiming初始化等方法的数学原理。掌握梯度消失与梯度爆炸问题的诊断方法,分析层归一化、残差连接在稳定训练中的作用。学习损失函数曲线分析方法,识别训练过程中的异常波动。实现梯度范数监控工具,通过可视化手段分析训练稳定性。
(12)综合项目实战:结合所学知识,完成一个完整的大模型框架搭建与分析项目。从零实现一个微型Transformer模型(如参数量100M级别),完成模型训练、参数量分析、复杂度计算、注意力可视化、效率基准测试的全流程。形成规范的模型分析报告,深入剖析模型架构设计选择对性能的影响。通过该项目掌握大模型从理论到实践、从搭建到分析的完整工程能力。