INT4 W4A16¶

vLLM 支持将权重量化为 INT4，以节省内存并加速推理。这种量化方法对于减小模型大小和在每秒查询量 (QPS) 较低的工作负载中保持低延迟特别有用。

请访问 HF 集合，获取可与 vLLM 一起使用的流行 LLM 的 INT4 量化检查点。

注意

计算能力 > 8.0 的 NVIDIA GPU（Ampere、Ada Lovelace、Hopper、Blackwell）支持 INT4 计算。

先决条件¶

要在 vLLM 中使用 INT4 量化，您需要安装 llm-compressor 库

pip install llmcompressor

此外，安装 vllm 和 lm-evaluation-harness 用于评估

pip install vllm lm-eval==0.4.4

量化过程¶

量化过程主要包括四个步骤

加载模型
准备校准数据
应用量化
在 vLLM 中评估精度

1. 加载模型¶

使用标准的 transformers AutoModel 类加载您的模型和分词器

from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM

MODEL_ID = "meta-llama/Meta-Llama-3-8B-Instruct"
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
    MODEL_ID, device_map="auto", torch_dtype="auto",
)
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(MODEL_ID)

2. 准备校准数据¶

将权重量化为 INT4 时，您需要样本数据来估计权重更新和校准的比例。最好使用与您的部署数据紧密匹配的校准数据。对于通用指令微调模型，您可以使用类似 ultrachat 的数据集。

代码

from datasets import load_dataset

NUM_CALIBRATION_SAMPLES = 512
MAX_SEQUENCE_LENGTH = 2048

# Load and preprocess the dataset
ds = load_dataset("HuggingFaceH4/ultrachat_200k", split="train_sft")
ds = ds.shuffle(seed=42).select(range(NUM_CALIBRATION_SAMPLES))

def preprocess(example):
    return {"text": tokenizer.apply_chat_template(example["messages"], tokenize=False)}
ds = ds.map(preprocess)

def tokenize(sample):
    return tokenizer(sample["text"], padding=False, max_length=MAX_SEQUENCE_LENGTH, truncation=True, add_special_tokens=False)
ds = ds.map(tokenize, remove_columns=ds.column_names)

3. 应用量化¶

现在，应用量化算法

代码

from llmcompressor.transformers import oneshot
from llmcompressor.modifiers.quantization import GPTQModifier
from llmcompressor.modifiers.smoothquant import SmoothQuantModifier

# Configure the quantization algorithms
recipe = GPTQModifier(targets="Linear", scheme="W4A16", ignore=["lm_head"])

# Apply quantization
oneshot(
    model=model,
    dataset=ds,
    recipe=recipe,
    max_seq_length=MAX_SEQUENCE_LENGTH,
    num_calibration_samples=NUM_CALIBRATION_SAMPLES,
)

# Save the compressed model: Meta-Llama-3-8B-Instruct-W4A16-G128
SAVE_DIR = MODEL_ID.split("/")[1] + "-W4A16-G128"
model.save_pretrained(SAVE_DIR, save_compressed=True)
tokenizer.save_pretrained(SAVE_DIR)

此过程创建一个 W4A16 模型，其权重被量化为 4 位整数。

4. 评估精度¶

量化后，您可以在 vLLM 中加载并运行模型

from vllm import LLM

llm = LLM("./Meta-Llama-3-8B-Instruct-W4A16-G128")

要评估精度，您可以使用 lm_eval

lm_eval --model vllm \
  --model_args pretrained="./Meta-Llama-3-8B-Instruct-W4A16-G128",add_bos_token=true \
  --tasks gsm8k \
  --num_fewshot 5 \
  --limit 250 \
  --batch_size 'auto'

注意

量化模型可能对 bos 令牌的存在敏感。在运行评估时，请务必包含 add_bos_token=True 参数。

最佳实践¶

校准数据从 512 个样本开始，如果精度下降则增加
确保校准数据包含多种多样的样本，以防止对特定用例过拟合
使用 2048 作为序列长度的起始点
采用模型训练时所用的聊天模板或指令模板
如果您已经微调了一个模型，可以考虑使用您的训练数据样本进行校准
调整量化算法的关键超参数
dampening_frac 设置 GPTQ 算法的影响程度。较低的值可以提高精度，但可能导致数值不稳定性，从而导致算法失败。
actorder 设置激活顺序。在压缩层权重的权重时，通道的量化顺序很重要。将 actorder="weight" 设置为可以提高精度而不会增加延迟。

以下是一个您可以根据自己的用例进行调整的扩展量化方案示例

代码

from compressed_tensors.quantization import (
    QuantizationArgs,
    QuantizationScheme,
    QuantizationStrategy,
    QuantizationType,
) 
recipe = GPTQModifier(
    targets="Linear",
    config_groups={
        "config_group": QuantizationScheme(
            targets=["Linear"],
            weights=QuantizationArgs(
                num_bits=4,
                type=QuantizationType.INT,
                strategy=QuantizationStrategy.GROUP,
                group_size=128,
                symmetric=True,
                dynamic=False,
                actorder="weight",
            ),
        ),
    },
    ignore=["lm_head"],
    update_size=NUM_CALIBRATION_SAMPLES,
    dampening_frac=0.01
)

故障排除和支持¶

如果您遇到任何问题或有功能请求，请在 vllm-project/llm-compressor GitHub 仓库中提出议题。llm-compressor 中完整的 INT4 量化示例可在此处获取：here。