AngelSpec: Towards Real-World High Performance Inference with Speculative Decoding
يقدم AngelSpec إطار عمل تدريب موحد يخصص تخصصاً مشتركاً لهياكل صياغة متميزة (MTP للدردشة وblock-diffusion للكود والرياضيات) ويحسن ديناميكياً موارد التحقق من الاستنتاج لتحقيق تحسينات كبيرة في معدل الإنتاجية ومعدلات قبول أعلى عبر مختلف أعباء العمل الواقعية المتنوعة.
تخيل أنك تحاول تعليم روبوت فائق الذكاء كيف يكتب القصص، أو يحل المسائل الرياضية، أو يكتب أكواد البرمجة. هذا الروبوت، المعروف بنموذج لغوي كبير (LLM)، موهوب للغاية، لكن لديه سمة غريبة محددة: إنه يفكر كلمة بكلمة. لكتابة جملة، يجب عليه أن يتوقف، ويفكر، ثم يولد الكلمة الأولى، ثم يتوقف مرة أخرى ليفكر في الكلمة الثانية، وهكذا. الأمر يشبه طباخاً لا يمكنه إلا تقطيع خضار واحدة، ثم يجب أن ينتظر تبريد المطبخ بأكمله قبل تقطيع الخضار التالية. ومع زيادة ذكاء الروبوت وتعقد الطلبات، تصبح هذه العملية "واحدة تلو الأخرى" بطيئة بشكل مؤلم، مثل مشاهدة طلاء يجف بالحركة البطيئة.
لتسريع هذه العملية، اخترع العلماء حيلة تسمى "الترميز التخميني" (speculative decoding). فكر في الأمر كجهد جماعي؛ لديك روبوت "مسودة" صغير وسريع يخمن الكلمات القليلة التالية في الجملة، وروبوت "هدف" ضخم وبطيء يتحقق مما إذا كانت تخميناته صحيحة. إذا وافق الروبوت الكبير على التخمينات، يمكن للفريق كتابة عدة كلمات في وقت واحد بدلاً من كلمة واحدة فقط. إنه يشبه عداءً سريعاً يخمن المسار أمام ماشي ثقيل الخطى؛ فإذا كان التخمين صحيحاً، يتقدمان معاً، مما يوفر وقتاً هائلاً. ومع ذلك، هناك عقبة: فالعداء السريع ليس دائماً على صواب. إذا خمن الكثير من الكلمات الخاطئة، سيضطر الروبوت الكبير إلى إضاعة الوقت في تصحيحها، مما يبطئ العملية برمتها. السؤال الكبير للعلماء هو: كيف نجعل العداء السريع يخمن بشكل أفضل، وكيف نعرف متى نتوقف عن التخمين حتى لا نضيع الوقت؟
هنا يأتي دور مشروع جديد يسمى AngelSpec. أدرك الباحثون في "Tencent" أن استراتيجية "عداء سريع" واحدة لا تصلح لكل المواقف. تماماً كما قد يكون العداء بارعاً في سباق قصير ولكنه سيء في الماراثون، تتطلب أنواع النصوص المختلفة استراتيجيات تخمين مختلفة. على سبيل المثال، كتابة رسالة دردشة عفوية هي عملية فوضوية ومليئة بالمفاجآت (اعتلال عالٍ/entropy مرتفع)، بينما كتابة برهان رياضي أو برنامج حاسوبي هي عملية منظمة ويمكن التنبؤ بها للغاية. تجادل الورقة البحثية بأن محاولة استخدام روبوت تخمين "عالمي" واحد لكل شيء هو خطأ. بدلاً من ذلك، قاموا ببناء نظام يستخدم نوعين مختلفين من المخمنين بناءً على المهمة، ومديراً ذكياً يقرر بالضبط مقدار الوقت الذي يجب إنفاقه على التحقق من هذه التخمينات بناءً على مدى انشغال النظام.
قدم الفريق طريقة جديدة تسمى DFly للمهام المنظمة مثل البرمجة والرياضيات. تخيل DFly كفريق من المحققين الذين لا يخمنون الدليل التالي واحداً تلو الآخر فحسب، بل ينظرون إلى اللغز بأكرله لرؤية النمط. إنهم يستخدمون "عقلاً هجيناً" خاصاً ينظر إلى الصورة الكبيرة ثم يقوم بضبط تخميناته بناءً على ما سبق مباشرة. يتيح لهم ذلك التنبؤ بسلاسل طويلة من الأكواد أو الخطوات الرياضية بدقة عالية. أما بالنسبة لمهام الدردشة الفوضوية والإبداعية، فهم يتمسكون بطريقة أبسط وأسرع تسمى MTP (التنبؤ متعدد الرموز)، وهي رائعة للاندفاعات الحوارية السريعة.
لكن امتلاك مخمن جيد ليس كافياً؛ فأنت بحاجة أيضاً إلى مدير ذكي. تقدم الورقة البحثية ميزة تسمى D-cut، والتي تعمل كمنظم حركة مرور. في الخادم المزدحم، قد تتعطل عملية "التحقق" أحياناً. يقوم D-cut بمراقبة ثقة التخمينات في الوقت الفعلي. إذا بدا التخمين مهزوزاً، يقوم D-cut بقطعه مبكراً لتوفم الوقت. وإذا كان النظام يعمل بسلاسة والتخمينات تبدو قوية، فإنه يسمح للفريق بالاستمرار لفترة أطول. إنه يشبه قائد الأوركسترا الذي يسرع وتيرة الموسيقى عندما تكون سهلة ويبطئها عندما تصبح النوتات صعبة، مما يضمن بقاء الأداء سريعاً دون تعثر.
النتائج التي حققها هذا النهج مثيرة للإعجاب. فعندما اختبروا نظامهم الجديد على نموذج Hy3-A21B، وجدوا أنه يمكنه معالجة النصوص بشكل أسرع بكثير من السابق. وتحديداً، حقق النظام تسارعاً يتراوح بين 1.98 إلى 2.40 مرة مقارنة بالطريقة القديمة "كلمة بكلمة". والأفضل من ذلك، كان أسرع بنسبة 10.5% إلى 11.8% من الطريقة السابقة الأفضل المعروفة باسم DFlash. أظهر الباحثون أنه من خلال تخصيص استراتيجية التخمين لنوع النص المحدد (دردشة مقابل كود) واستخدام المدير الذكي للتكيف مع حجم العمل، يمكنهم تحقيق أقصى استفادة من قدرات الحوسبة لديهم. لقد أطلقوا مجموعتهم الكاملة، التي تسمى AngelSpec، للجمهور حتى يتمكن العلماء الآخرون من استخدام هذه الحيل لجعل نماذج الذكاء الاصطناعي الخاصة بهم أسرع وأكثر كفاءة.
ملخص تقني: AngelSpec
بيان المشكلة
أصبح استنتاج النماذج اللغوية الكبيرة (LLM) مكلفاً بشكل متزايد بسبب الطبيعة التكرارية (autoregressive) لتوليد الرموز (tokens). يقدم فك التشفير التخميني (speculative decoding) حلاً عبر استخدام مسودة خفيفة الوزن لاقتراح رموز مستقبلية متعددة، والتي يقوم نموذج مستهدف بالتحقق منها في تمريرة أمامية واحدة. ومع ذلك، تظهر أعباء العمل في العالم الحقيقي تباينًا كبيرًا لا يمكن لبنية مسودة واحدة معالجتها بشكل أمثل.
تباين أعباء العمل: تتميز المجالات ذات الإنتروبيا العالية (مثل الدردشة المفتوحة) بالعديد من التكملات الصالحة دلاليًا، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات القبول بسرعة مع زيادة عمق الاقتراح. وعلى العكس من ذلك، تُظهر المجالات المقيدة (مثل البرمجة والرياضيات) مساحات أطول يمكن التنبؤ بها حيث يكون التوليد المتوازي للكتل (block-parallel generation) أكثر فعالية.
عدم التطابق بين التدريب والاستنتاج: غالبًا ما يعاني التنبؤ متعدد الرموز (MTP) القياسي من "انحياز التعرض" (exposure bias) عند استخدامه للاستنتاج متعدد الخطوات، حيث تفشل النماذج المدربة باستخدام "التدريس بالإرشاد" (teacher-forcing) في التعامل مع تراكم الأخطاء في المسارات المولدة ذاتيًا.
التحقق الثابت: تستخدم استراتيجيات النشر الحالية غالبًا أعماق تحقق ثابتة، مما يفشل في التكيف مع سلوكيات القبول المتغيرة عبر الطلبات أو تكاليف التحقق المتقلبة تحت أحمال العمل المختلفة والقيود العتادية.
المنهجية
يقدم البحث إطار عمل AngelSpec، وهو إطار موحد يعالج هذه التحديات من خلال التخصص في التدريب، والابتكار المعماري، والاستنتاج التكيفي.
1. استراتيجيات التدريب المتخصصة
بدلاً من تدريب مسودة عالمية على خليط بيانات موحد، يقوم AngelSpec بتخصيص بنية النموذج وبيانات التدريب معًا:
MTP للدردشة عالية الإنتروبيا: يتم تدريب مسودة MTP ذات طبيعة تكرارية على بيانات متنوعة موجهة للمحادثة. ولمعالجة عدم التطابق بين التدريب والاستنتاج، يستخدم المؤلفون "اختبار وقت التدريب" (TTT)، والذي يقوم بفك تمرير كتلة MTP بشكل تكراري أثناء التدريب بحيث يتعلم النموذج كيفية التعافي من الرموز المتوقعة الخاصة به بدلاً من الاعتماد فقط على البوادئ (prefixes) الصحيحة.
DFly للمجالات المقيدة: يتم تعزيز مسودة الانتشار الكتلي (block-parallel diffusion drafter) ببيانات تركز على البرمجة والرياضيات لاستغلال التكملات الطويلة التي يمكن التنبؤ بها.
2. بنية DFly
إن DFly هو إطار عمل للانتشار الكتلي مصمم لتحسين أداء المسودات المتوازية الحالية (مثل DFlash) من خلال مكونين معماريين رئيسيين:
العمود الفقري الهجين المشروط بالهدف: يجمع بين سياق الهدف المتحول عالميًا (مشترك عبر الطبقات) ورؤى مستهدفة خاصة بكل طبقة. يسمح هذا لمختلف طبقات المسودة باستخدام ميزات الهدف المناسبة لعمقها المحدد، مما يحسن استغلال الميزات دون التضحية بكفاءة العمود الفقري المتوازي.
رأس تكراري مشروط بالسابق: لنمذجة التبعيات داخل الكتلة، يتم تطبيق رأس تسلسلي خفيف الوزن (تحديدًا رأس التصحيح الخفي - hidden-correction head) بعد العمود الفقري المتوازي. يقوم هذا الرأس بتكييف تنبؤ كل رمز لاحق بناءً على الرمز السابق المتحقق منه، محولًا التنبؤات الهامشية المتوازية إلى توزيعات مشروطة بالبادئة.
3. D-cut: ميزانية التحقق التكيفية
عند الاستنتاج، يعامل D-cut عملية تحقق النموذج المستهدف كمورد مشترك على مستوى الدفعة (batch-level).
التخصيص الديناميكي: يقوم بتقدير المنفعة المتوقعة للاحتفاظ برموز المسودة بناءً على درجات الثقة على مستوى الرمز ونموذج وقت تشغيل تم توصيفه.
العمق التكيفي: يعيد النظام تخصيص الحوسبة نحو البوادئ (prefixes) ذات الثقة العالية عبر الطلبات المتزامنة. ويقوم باختيار ميزانية تحقق ديناميكية (نسبة إجمالي الرموز الممكنة) تزيد من الإنتاجية المتوقعة، مما يؤدي إلى تقليم النهايات (suffixes) منخفضة القيمة عندما يكون التحقق مكلفًا أو عندما تكون الدفعة كبيرة.
4. إطار عمل AngelSpec
يطلق المؤلفون AngelSpec، وهو إطار عمل مفتوح المصدر للتدريب مبني على TorchSpec. وهو يدعم:
توليد الحالة الخفية المنفصل (disaggregated hidden-state generation) حيث تقوم محركات الاستنتاج ببث حالات الهدف الخفية مباشرة إلى عمال التدريب.
عمليات التمرير (rollouts) لـ TTT في الوقت الفعلي وتدريب السياق الطويل (حتى 128 ألف رمز) عبر توازي التسلسل.
تعبئة التسلسل المدركة للوثائق لمنع تسرب الانتباه بين التسلسلات غير المرتبطة.
خادم تقييم يقيس سلوك القبول الحقيقي أثناء التدريب.
المساهمات الرئيسية
تخصص أعباء العمل: تحديد تباين أعباء العمل كاعتبار تصميمي أساسي، مما أدى إلى تدريب مسودات متكاملة: نموذج MTP للدردشة عالية الإنتروبيا، ونموذج DFly المعزز بالمجالات للبرمجة والرياضيات.
بنية DFly: إطار عمل للانتشار الكتلي مبتكر يدمج عمودًا فقريًا هجينًا مشروطًا بالهدف مع رأس تكراري مشروط بالسابق، مما يحسن استغلال ميزات الهدف ونمذجة التبعيات داخل الكتلة مع الحفاظ على التوليد المتوازي.
تكامل D-cut: آلية تحقق تكيفية في وقت التشغيل تخصص الحوسبة بناءً على ثقة البادئة وملفات تعريف التكلفة العتادية، وتكيف عمق التحقق مع ظروف الخدمة.
إطار عمل AngelSpec: منصة موحدة ومفتوحة المصدر تدعم تدريب وتقييم كل من طرق التشفير التخميني (MTP) والانتشار الكتلي، وتتميز بتوليد بيانات منفصل وتقييم قبول عبر الإنترنت.
النتائج التجريبية
أُجريت التجارب عبر سلسلة نماذج Hy3 (بما في ذلك Hy3-A21B و Hy3-295B) ونموذج Qwen3-8B.
جودة المسودة: في Hy3-A21B، زاد DFly متوسط الطول المقبول بنسبة 30% تقريبًا مقارنة بـ DFlash وتفوق بشكل كبير على MTP في اختبارات البرمجة والرياضيات.
الإنتاجية: في Hy3-A21B، حقق DFly أعلى متوسط إنتاجية عند كل مستوى تزامني تم اختباره (من 4 إلى 64).
قدم تسريعًا قدره 1.98–2.40× مقارنة بالتشفير التكراري القياسي.
حقق إنتاجية أعلى بنسبة 10.5–11.8% من DFlash.
تأثير D-cut: في اختبارات إعادة تشغيل حركة المرور الحية (حركة مرور Hunyuan الإنتاجية)، وسع D-cut نطاق التزامن المفيد. عند التزامن العالي (c64)، حسن D-cut الإنتاجية الإجمالية بنسبة 15.7% مقارنة بـ DFyl وحده مع الحفاظ على أطوال القبول ضمن 2.8% من الخط المرجعي غير المقلّم.
دراسات الاستبعاد (Ablation Studies): تبين أن العمود الفقري الهجين ورأس التصحيح الخفي ضروريان للتوليد المهيكل (البرمجة/الرياضيات)، بينما ظل MTP متفوقًا للدردشة مفتوحة النهايات. وأكدت الدراسة أن أنماط التفكير في التدريب والاستنتاج (مثل "لا تفكير" مقابل "تفكير عالٍ") يجب أن تتطابق لتحقيق الأداء الأمثل.
الأهمية والادعاءات
يزعم البحث أن AngelSpec يوفر حلاً شاملاً لمحدودية التشفير التخميني الحالي من خلال الابتعاد عن المسودات التي تتبع نهج "النموذج الواحد للجميع". ومن خلال معالجة عدم التطابق بين أهداف التدريب وواقع الاستنتاج صراحةً (عبر TTT)، وتحسين البنية لمجالات محددة (عبر DFly)، وتكييف تخصيص الموارد مع ظروف وقت التشغيل (عبر D-cut)، يحقق النظام إنتاجية هي الأفضل في حالات الاستخدام في العالم الحقيقي. إن إصدار إطار عمل AngelSpec يهدف إلى خفض الحاجز أمام تدريب وتوسيع طرق التشفير التخميني هذه، مما يوفر أساسًا مشتركًا لأبحاث المستقبل في تصميم المسودات.