파운데이션 모델

Contents

  1. 텍스트 파운데이션 모델
    1. 텍스트 파운데이션 모델(거대 언어 모델)이란?
    2. 거대 언어 모델 예시
  2. 거대 언어 모델의 학습
    1. 지시 학습
    2. 선호 학습
  3. 거대 언어 모델의 추론
    1. 디코딩
  4. 거대 언어 모델의 평가와 응용
    1. 거대 언어 모델의 평가
    2. 거대 언어 모델의 응용/한계

텍스트 파운데이션 모델

파운데이션 모델의 3가지 구성요소

  1. 빅데이터
  2. 자가 학습(Self-supervised Learning) 알고리즘
  3. 어텐션(Attention)
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어텐션(Attention) : 입력 데이터에서 중요한 부분에 집중하는 메커니즘

트랜스포머(Transformer) : 어텐션 메커니즘을 기반으로 한 신경망 구조

텍스트 파운데이션 모델이란?

대량의 데이터를 기반으로 사전 학습된 대규모 AI 모델

텍스트 파운데이션 모델(거대 언어 모델)의 특이점

  1. 규모의 법칙(Scaling Law) : 더 많은 데이터, 큰 모델, 긴 학습 -> 더 좋은 성능
  2. 창발성(Emergent Property) : 특정 규모를 넘어서면 갑자기 모델에서 발현되는 성질

텍스트 파운데이션 모델 (LLM)

  • 기존 대비 (1) 더 큰 모델(>7B)이 (2) 더 많은 데이터(>1T)에서 학습되어 창발성이 나타나기 시작한 언어 모델

폐쇄형 거대 언어 모델

  • ChatGPT, Claude, Gemini

폐쇄형(Closed) 거대 언어 모델 장점

  • 일반적으로 더 우수한 성능 및 최신 기능을 갖고 있으며 사용하기 쉬움

폐쇄형(Closed) 거대 언어 모델 단점

  • API 사용 시 마다 비용이 발생
  • 모델이나 출력에 대한 정보가 제한적으로 제공됨

폐쇄형 거대 언어 모델 예시

ChatGPT(OpenAI) : 가장 많은 활성 유저 수. 전반적으로 뛰어난 성능

Claude(Anthropic) : 안전 지향적 모델. 코딩 관련 작업에 특히 뛰어난 성능

Gemini(Google) : 가장 긴 입력 및 출력을 지원. 뛰어난 멀티 모달 성능

개방형 거대 언어 모델

  • LLaMa(Meta), Gemma(Google), Qwen(Alibaba)

개방형 거대 언어 모델 장점

  • 무료로 다운로드 및 사용 가능
  • 모든 정보가 공개되어 있음

개방형 거대 언어 모델 단점

  • 충분한 계산 자원(GPU 등) 필요
  • 상대적으로 폐쇄형 모델에 비해 성능이 낮은 편

거대 언어 모델의 학습

  • 지시 학습 (instruction tuning)
  • 선호 학습 (preference learning)

지시 학습 (Instruction Tuning)

주어진 지시에 대해 어떤 응답이 생성되어야 하는지를 학습

Instruction tuning (FLAN)

학습 데이터의 다양성 증대를 위해, 각 테스크를 다양한 지시(템플릿)로 표현할 수 있음

지시 학습의 한계 : 주어진 입력에 대해 적절한 하나의 응답이 있다고 가정하기 떄문에, 정답이 정해져 있지 않은 개방형(Open-ended) 테스크에서는 한계가 있음

선호 학습 (Preference Learning)

다양한 응답 중 사람이 더 선호하는 응답을 생성하도록 추가 학습

InstructGPT

InstructGPT의 핵심 아이디어 : 사람의 피드백을 통한 강화학습

InstructGPT의 학습 방법

  1. 지시 학습을 통한 텍스트 파운데이션모델의 추가 학습
    • 실제 유저로부터 다양한 지시 입력을 수집하고, 해당 입력에 대해 훈련된 사람 주석자들이 정답 데이터를 생성
  2. 사람의 선호 데이터를 수집하여, 보상 모델(Reward model, RM)을 학습
    • 주어진 입력에 대한 선택지는 모델이 생성, 다양한 선택지에 대한 선호도는 사람이 생성
    • 사람과 일치한 선호도를 출력할 수 있도록 보상 모델을 지도 학습
  3. 보상이 높은 응답을 생성하도록 강화 학습을 통해 추가 학습
    • Step 1&2에서 보지 못한 질문에 대해 사람의 추가적인 개입 없이 학습된 모델들을 통해 추가 학습이 진행
    • 지시 학습된 모델을 보상 모델 기반 강화 학습을 통해 한 번 더 추가 학습

InstructGPT의 결과

유저의 지시를 얼마나 잘 수행하는 지를 사람이 직접 평가

  • 프롬프팅이나 지시 학습에 비해 발전된 지시 수행 능력을 보여줌
  • 모델 크기가 커질 수록 동일한 방법에서도 전반적인 지시 수행 능력이 꾸준히 향상됨

얼마나 안전한 응답을 생성하는지 평가

  • 기존 대비, InstructGPT는 해로운 응답(RealToxicity)과 거짓말(TruthfulQA, Hallucinations)을 덜 생성

LLaMA2

InstructGPT와 비슷하게 RLHF와 대화 데이터를 활용한 LLaMA2 Chat 모델을 공개


거대 언어 모델의 추론

디코딩(Decoding) 알고리즘

다음 단어를 선택하는 방법

핵심 아이디어

1. Greedy Decoding

  • 핵심 아이디어 : 가장 확률이 높은 다음 토큰을 선택
  • 장점 : 사용하기 쉽다
  • 단점 : 직후만 고려하기 때문에 생성 응답이 최종적으로 최선이 아닐 수 있다

2. Beam Search

  • 핵심 아이디어 : 확률이 높은 k개(beam size)의 후보를 동시에 고려
  • 장점 : 최종적으로 좋은 응답 생성 확률이 높다
  • 단점 : 계산 비용이 많이 늘어난다 (각 후보마다 LLM 추론을 수행)

3. Sampling

  • 핵심 아이디어 : 거대 언어 모델이 제공한 확률을 기준으로 랜덤하게 생성
  • 장점 : 다양한 응답을 생성할 수 있음
  • 단점 : 생성된 응답의 품질이 감소할 수 있음

4. Sampling “with Temperature”

  • 핵심 아이디어 : 하이퍼 파라미터 T를 통해 거대 언어 모델이 생성한 확률 분포를 임의로 조작
  • 장점 : 모델 예측 시, 다양성이 극대화 됨
  • 단점 : 품질은 떨어질 수 있음 (불안정)

5. Top-K Sampling

  • 핵심 아이디어 : 확률이 높은 K개의 토큰들 중에서만 랜덤하게 확률에 따라 샘플링
  • 장점 : 품질이 낮은 응답을 생성할 가능성을 줄일 수 있음
  • 단점 : 확률 분포의 모양에 상관 없이 고정된 k개의 후보군을 고려

6. Top-P Sampling (or Nucleus Sampling)

  • 핵심 아이디어 : K를 고정하는 대신, 누적 확률(P)에 집중하여 K를 자동으로 조절
  • 장점 : 다양한 평가 지표에서 기존 디코딩 알고리즘들 대비 좋은 성능을 달성
  • 단점 : P값 설정이 필요

디코딩(Decoding) 알고리즘 별 장단점 요약

알고리즘장점단점
Greedy Decoding쉬운 사용법최적해 보장 x
Beam Search좋은 응답 생성 확률 상승큰 계산 비용
Sampling다양한 응답 생성 가능품질 불안정
Sampling with “Temperature”창의성/안정성 조절 가능T증가 : 품질 저하, T감소 : 다양성 부족
Top-K Sampling잡음 단어 배제, 품질 향상K값 고정 -> 문맥 따라 불균형
Top-P Sampling (Nucleus)확률 누적 기준, 품질&다양성 균형P값 설정 필요 (경우에 따라 랜덤성 존재)

거대 언어 모델의 평가와 응용

평가

구축한 시스템이 실제로 잘 동작하는지를 확인하는 단계

평가의 3가지 요소

  1. 목표 : 시스템으로 무엇을 달성하고자 하는지
  2. 평가 방법 : 어떤 방법으로 평가할 것인지
  3. 평가 지표 : 어떻게 성공 여부를 판단할 것인지

거대 언어 모델 평가의 특징

  • 특정 테스크에서 학습된 기존 AI 모델들과 달리, 거대 언어 모델은 다양한 테스크에 대해 동시에 학습됨
  • 따라서, 거대 언어 모델의 성능을 올바르게 평가하기 위해서는 많은 테스크에서의 성능을 종합적으로 판단해야함
  • 또한 디코딩 알고리즘은, 입력 프롬프트에 따라 같은 질문에 대해서도 예측이 바뀌므로, 공평한 비교를 위해서는 해당 부분도 고려해야함

거대 언어 모델 평가 방법의 종류

정답이 정해진 경우

  • 예측과 정답을 비교하여 일치도를 측정 : 정확도(Accuracy)

정답이 정해져 있지 않은 경우

  • 평가 방법 #1 : 사람이 임의의 정답을 작성 및 이와 예측을 비교
  • 평가 방법 #2 : 정답과 무관하게 생성 텍스트 자체의 품질만을 측정

거대 언어 모델을 활용한 평가

  • LLM-as-judge (or G-Eval) : 거대 언어 모델을 통해 생성 텍스트를 평가

유저는 다음과 같은 정보를 제공

  1. 풀고자 하는 테스크
  2. 평가하고자 하는 텍스트
  3. 평가 기준을 제공

거대 언어 모델의 응용 및 한계

거대 언어 모델의 응용 : 멀티모달 파운데이션 모델

예) GPT-4o -> 멀티모달 입력(이미지, 비디오, 오디오), 멀티모달(오디오, 텍스트) 출력 생성

다른 모달리티 데이터를 거대 언어 모델이 이해할 수 있도록 토큰화 및 추가 학습

거대 언어 모델의 응용 : 합성 데이터 생성

  • self-instruct : 175개의 데이터를 사람이 작성한 뒤, GPT-3를 통해 52,000개의 합성 데이터 생성

거대 언어 모델의 한계 : 환각 (Hallucination)

  • 사실과 다르거나, 전적으로 지어낸 내용임에도 불구하고 진위성을 구별하기 어렵게 만듦
  • 사전 학습 데이터가 특정 시점까지의 정보만 포함하고 있어 환각 현상의 원인이 되기도 함 (검색 증강 생성 (Retrieval-augmented Generation, RAG)을 통해 해결 가능)

거대 언어 모델의 한계 : 탈옥 (Jailbreaking)

  • 프롬프팅 엔지니어링을 통해 거대 언어 모델의 정렬을 우회할 수 있다는 것이 확인됨 (Do Anything Now(DAN) 프롬프팅)

거대 언어 모델의 한계 : AI 텍스트 검출

  • 거대 언어 모델의 무분별한 사용이 학교 및 회사에서 여러가지 새로운 문제를 만들고 있음