llm

大语言模型

基于MNN开发的LLM推理引擎，支持目前主流的开源LLM模型。该功能分为2部分：

模型导出：将torch模型导出为onnx，然后转换为mnn模型；导出tokenizer文件，embedding等文件；
模型推理：支持导出的模型推理，支持LLM模型的文本生成；

模型导出

llmexport是一个llm模型导出工具，能够将llm模型导出为onnx和mnn模型。

用法

将需要导出的LLM项目clone到本地，如：Qwen2-0.5B-Instruct

git clone https://www.modelscope.cn/qwen/Qwen2-0.5B-Instruct.git

执行llmexport.py导出模型

cd ./transformers/llm/export
# 导出模型，tokenizer和embedding，并导出对应的mnn模型
python llmexport.py \
        --path /path/to/Qwen2-0.5B-Instruct \
        --export mnn

导出产物导出产物为：
config.json: 模型运行时的配置，可手动修改；
embeddings_bf16.bin: 模型的embedding权重二进制文件，推理时使用；
llm.mnn: 模型的mnn文件，推理时使用；
llm.mnn.json: mnn模型对应的json文件，apply_lora或者gptq量化权重时使用；
llm.mnn.weight: 模型的mnn权重，推理时使用；
llm.onnx: 模型的onnx文件，不包含权重，推理时不使用；
llm_config.json: 模型的配置信息，推理时使用；
tokenizer.txt: 模型的tokenzier文件，推理时使用；目录结构如下所示：

.
└── model
     ├── config.json
     ├── embeddings_bf16.bin
     ├── llm.mnn
     ├── llm.mnn.json
     ├── llm.mnn.weight
     ├── onnx/
          ├──llm.onnx
           ├──llm.onnx.data
     ├── llm_config.json
     └── tokenizer.txt

功能

将模型先转为onnx模型，使用--export onnx，然后使用./MNNConvert工具将onnx模型转为mnn模型: ./MNNConvert --modelFile ../transformers/llm/export/model/onnx/llm.onnx --MNNModel llm.mnn --keepInputFormat --weightQuantBits=4 -f ONNX --transformerFuse=1 --allowCustomOp
更快的方式：直接转为mnn模型，使用--export mnn，注意，你需要先安装pymnn或者通过--mnnconvert选项指定MNNConvert工具的地址，两种条件必须满足其中一个。如果没有安装pymnn并且没有通过--mnnconvert指定MNNConvert工具的地址，那么llmexport.py脚本会在目录"../../../build/"下寻找MNNConvert工具，需保证该目录下存在MNNConvert文件。
支持对模型进行对话测试，使用--test $query会返回llm的回复内容
默认会使用onnx-slim对onnx模型进行优化，跳过该步骤使用--skip_slim
支持合并lora权重后导出，指定lora权重的目录使用--lora_path
制定量化bit数使用--quant_bit；量化的block大小使用--quant_block
使用--lm_quant_bit来制定lm_head层权重的量化bit数，不指定则使用--quant_bit的量化bit数
支持使用自己编译的MNNConvert，使用--mnnconvert

参数

usage: llmexport.py [-h] --path PATH [--type TYPE] [--lora_path LORA_PATH] [--dst_path DST_PATH] [--test TEST] [--export EXPORT]
                    [--skip_slim] [--quant_bit QUANT_BIT] [--quant_block QUANT_BLOCK] [--lm_quant_bit LM_QUANT_BIT]
                    [--mnnconvert MNNCONVERT]

llm_exporter

options:
  -h, --help            show this help message and exit
  --path PATH           path(`str` or `os.PathLike`):
                        Can be either:
                        	- A string, the *model id* of a pretrained model like `THUDM/chatglm-6b`. [TODO]
                        	- A path to a *directory* clone from repo like `../chatglm-6b`.
  --type TYPE           type(`str`, *optional*):
                        	The pretrain llm model type.
  --lora_path LORA_PATH
                        lora path, defaut is `None` mean not apply lora.
  --dst_path DST_PATH   export onnx/mnn model to path, defaut is `./model`.
  --test TEST           test model inference with query `TEST`.
  --export EXPORT       export model to an onnx/mnn model.
  --skip_slim           Whether or not to skip onnx-slim.
  --quant_bit QUANT_BIT
                        mnn quant bit, 4 or 8, default is 4.
  --quant_block QUANT_BLOCK
                        mnn quant block, default is 0 mean channle-wise.
  --lm_quant_bit LM_QUANT_BIT
                        mnn lm_head quant bit, 4 or 8, default is `quant_bit`.
  --mnnconvert MNNCONVERT
                        local mnnconvert path, if invalid, using pymnn.

模型推理

编译

从源码编译在原有编译过程中增加必需编译宏即可： -DMNN_LOW_MEMORY=true -DMNN_CPU_WEIGHT_DEQUANT_GEMM=true -DMNN_BUILD_LLM=true -DMNN_SUPPORT_TRANSFORMER_FUSE=true

mac / linux / windows

以 mac / linux 为例 :

make build
cd build
cmake ../ -DMNN_LOW_MEMORY=true -DMNN_CPU_WEIGHT_DEQUANT_GEMM=true -DMNN_BUILD_LLM=true -DMNN_SUPPORT_TRANSFORMER_FUSE=true
make -j16

x86架构额外加 MNN_AVX512 的宏：

make build
cd build
cmake ../ -DMNN_LOW_MEMORY=true -DMNN_CPU_WEIGHT_DEQUANT_GEMM=true -DMNN_BUILD_LLM=true -DMNN_SUPPORT_TRANSFORMER_FUSE=true -DMNN_AVX512=true
make -j16

Android：额外增加 MNN_ARM82 的宏

cd project/android
mkdir build_64
../build_64.sh "-DMNN_LOW_MEMORY=true -DMNN_CPU_WEIGHT_DEQUANT_GEMM=true -DMNN_BUILD_LLM=true -DMNN_SUPPORT_TRANSFORMER_FUSE=true -DMNN_ARM82=true"

iOS: 参考 transformers/llm/engine/ios/README.md

sh package_scripts/ios/buildiOS.sh "-DMNN_ARM82=true -DMNN_LOW_MEMORY=true -DMNN_SUPPORT_TRANSFORMER_FUSE=true -DMNN_BUILD_LLM=true -DMNN_CPU_WEIGHT_DEQUANT_GEMM=true"

使用

运行时配置

运行时文件

将导出产物中用于模型推理的部分置于同一个文件夹下，添加一个配置文件config.json来描述模型名称与推理参数，目录如下：

.
└── model_dir
     ├── config.json
     ├── embeddings_bf16.bin
     ├── llm_config.json
     ├── llm.mnn
     ├── llm.mnn.weight
     └── tokenizer.txt

配置项

配置文件支持以下配置：

模型文件信息
- base_dir: 模型文件加载的文件夹目录，默认为config.json的所在目录，或模型所在目录；
- llm_config: llm_config.json的实际名称路径为base_dir + llm_config，默认为base_dir + 'config.json'
- llm_model: llm.mnn的实际名称路径为base_dir + llm_model，默认为base_dir + 'llm.mnn'
- llm_weight: llm.mnn.weight的实际名称路径为base_dir + llm_weight，默认为base_dir + 'llm.mnn.weight'
- block_model: 分段模型时block_{idx}.mnn的实际路径为base_dir + block_model，默认为base_dir + 'block_{idx}.mnn'
- lm_model: 分段模型时lm.mnn的实际路径为base_dir + lm_model，默认为base_dir + 'lm.mnn'
- embedding_model: 当embedding使用模型时，embedding的实际路径为base_dir + embedding_model，默认为base_dir + 'embedding.mnn'
- embedding_file: 当embedding使用二进制时，embedding的实际路径为base_dir + embedding_file，默认为base_dir + 'embeddings_bf16.bin'
- tokenizer_file: tokenizer.txt的实际名称路径为base_dir + tokenizer_file，默认为base_dir + 'tokenizer.txt'
- visual_model: 当使用VL模型时，visual_model的实际路径为base_dir + visual_model，默认为base_dir + 'visual.mnn'
推理配置
- max_new_tokens: 生成时最大token数，默认为512
- reuse_kv: 多轮对话时是否复用之前对话的kv cache，默认为false
- quant_qkv: CPU attention 算子中query, key, value是否量化，可选为：0, 1, 2, 3, 4，默认为0，含义如下：
  - 0: key和value都不量化
  - 1: 使用非对称8bit量化存储key
  - 2: 使用fp8格式量化存储value
  - 3: 使用非对称8bit量化存储key，使用fp8格式量化存储value
  - 4: 量化kv的同时使用非对称8bit量化query，并使用int8矩阵乘计算Q*K
- use_mmap: 是否使用mmap方式，在内存不足时将权重写入磁盘，避免溢出，默认为false，手机上建议设成true
- kvcache_mmap: 是否使用mmap方式，在内存不足时将在KV Cache 写入磁盘，避免溢出，默认为false
- tmp_path: 启用 mmap 相关功能时，写入磁盘的缓存目录
  - iOS 上可用如下语句创建临时目录并设置：NSString *tempDirectory = NSTemporaryDirectory();llm->set_config("{\"tmp_path\":\"" + std::string([tempDirectory UTF8String]) + "\"}")
硬件配置
- backend_type: 推理使用硬件后端类型，默认为："cpu"
- thread_num: CPU推理使用硬件线程数，默认为：4; OpenCL推理时使用68
- precision: 推理使用精度策略，默认为："low"，尽量使用fp16
- memory: 推理使用内存策略，默认为："low"，开启运行时量化

配置文件示例

config.json

{
    "llm_model": "qwen2-1.5b-int4.mnn",
    "llm_weight": "qwen2-1.5b-int4.mnn.weight",

    "backend_type": "cpu",
    "thread_num": 4,
    "precision": "low",
    "memory": "low"
}

llm_config.json

{
    "hidden_size": 1536,
    "layer_nums": 28,
    "attention_mask": "float",
    "key_value_shape": [
        2,
        1,
        0,
        2,
        128
    ],
    "prompt_template": "<|im_start|>user\n%s<|im_end|>\n<|im_start|>assistant\n",
    "is_visual": false,
    "is_single": true
}

推理用法

llm_demo的用法如下：

# 使用config.json
## 交互式聊天
./llm_demo model_dir/config.json
## 针对prompt中的每行进行回复
./llm_demo model_dir/config.json prompt.txt

# 不使用config.json, 使用默认配置
## 交互式聊天
./llm_demo model_dir/llm.mnn
## 针对prompt中的每行进行回复
./llm_demo model_dir/llm.mnn prompt.txt

GPTQ权重加载

使用脚本生成GPTQ模型权重，用法参考: apply_gptq.py

创建gptq.json配置文件

{
    "llm_model": "model.mnn",
    "llm_weight": "gptq.mnn.weight",
}

LoRA权重加载

使用脚本生成lora模型，用法参考: apply_lora.py

lora模型使用

直接加载lora模型使用，创建lora.json配置文件

{
    "llm_model": "lora.mnn",
    "llm_weight": "base.mnn.weight",
}

运行时选择并切换lora模型

// 创建并加载base模型
std::unique_ptr<Llm> llm(Llm::createLLM(config_path));
llm->load();
// 使用同一个对象，在多个lora模型之间选择性使用，不可以并发使用
{
    // 在基础模型的基础上添加`lora_1`模型，模型的索引为`lora_1_idx`
    size_t lora_1_idx = llm->apply_lora("lora_1.mnn");
    llm->response("Hello lora1"); // 使用`lora_1`模型推理
    // 添加`lora_2`模型，并使用
    size_t lora_2_idx = llm->apply_lora("lora_2.mnn");
    llm->response("Hello lora2"); // 使用`lora_2`模型推理
    // 通过索引选择`lora_1`作为llm对象当前使用的模型
    llm->select_module(lora_1_idx);
    llm->response("Hello lora1"); // 使用`lora_1`模型推理
    // 释放加载的lora模型
    llm->release_module(lora_1_idx);
    llm->release_module(lora_2_idx);
    // 选择使用基础模型
    llm->select_module(0);
    llm->response("Hello base"); // 使用`base`模型推理
}
// 使用多个对象，可以并发的加载使用多个lora模型
{
    std::mutex creat_mutex;
    auto chat = [&](const std::string& lora_name) {
        MNN::BackendConfig bnConfig;
        auto newExe = Executor::newExecutor(MNN_FORWARD_CPU, bnConfig, 1);
        ExecutorScope scope(newExe);
        Llm* current_llm = nullptr;
        {
            std::lock_guard<std::mutex> guard(creat_mutex);
            current_llm = llm->create_lora(lora_name);
        }
        current_llm->response("Hello");
    };
    std::thread thread1(chat, "lora_1.mnn");
    std::thread thread2(chat, "lora_2.mnn");
    thread1.join();
    thread2.join();
}

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