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机器学习不同精度介绍和应用
材料人测试客服小陈     2025-02-19 微信扫码分享  
今天我们来介绍一下精度。

比较常见的浮点数精度有双精度(FP64)、单精度(FP32、TF32)、半精度(FP16、BF16)、8位精度(FP8)、4位精度(FP4、NF4) 。

 

1. FP64(双精度浮点数)
精度:64位,提供高精度的数值表示。
应用:主要用于科学计算和高精度要求的场景,如数值模拟、金融建模等。
优点:极高的数值精度,适合需要高精度的计算。
缺点:计算速度较慢,内存占用大,不适合大规模机器学习模型。

 

2. FP32(单精度浮点数)
精度:32位,平衡了精度和计算效率。
应用:广泛应用于深度学习训练和推理,是大多数框架的默认精度。
优点:较好的数值精度,计算速度较快,内存占用适中。
缺点:相比FP16,内存占用和计算量仍较大。

 

3. FP16(半精度浮点数)
精度:16位,显著降低内存占用和计算量。
应用:常用于深度学习训练和推理,尤其是大规模模型和硬件加速(如GPU、TPU)。优点:内存占用小,计算速度快,适合大规模模型和低功耗设备。
缺点:数值精度较低,可能导致训练不稳定,通常需要混合精度训练(如FP16+FP32)。


4. FP8(8位浮点数)
精度:8位,进一步降低内存占用和计算量。
应用:主要用于推理阶段,尤其是边缘设备和低功耗场景。
优点:极低的内存占用和计算量,适合实时推理和资源受限的设备。
缺点:数值精度非常低,可能导致显著的精度损失,通常需要复杂的量化技术。

 

在实际的机器学习应用中,基本遵循着精度和计算效率之间的平衡。所以FP64基本没有人使用,即使是FP32则在要求精度的情况下不得不使用,所以在实际的深度学习过程中通常采用的是 混合精度训练,可以兼顾 FP16的速度和 FP32 的精度。例如权重和梯度上使用 FP16 进行计算和存储,梯度更新等关键操作使用 FP32 进行高精度计算。


我们曾在<部署DeepSeek 你的显卡够用吗?>一文中介绍过不同精度下不同参数量对显卡的要求

参数量学习阶段精度模式显存需求
7B训练FP1656GB
训练FP32112GB
推理FP1618GB
推理FP3236GB
14B训练FP16+FP32274 GB
推理FP1632-36 GB
32B训练FP16+FP32592 GB
推理FP16104 GB
70B训练FP16+FP321270 GB
推理FP16220 GB

 

而随着DeepSeek V3 的FP8技术一经推出,更加点燃了大家对于继续降低硬件的要求的热情。FP8(8位浮点数)已经是近年来机器学习领域的重要技术方向,其在模型压缩、推理加速和硬件适配等方面展现出显著优势。


指标

FP32

FP16

FP8

训练速度

1x (基准)

3-4x

5-6x

显存占用

100%

50%

25-30%

推理延迟

120ms

70-80ms

40-50ms

带宽需求

1.6TB/s

0.8TB/s

0.4TB/s


FP8的核心理念是通过低精度计算实现高效推理,其发展趋势紧密围绕以下方向:


场景驱动:边缘设备、实时系统和大模型推理是主要落地场景;

硬件协同:依赖新一代GPU/TPU的硬件加速;

生态成熟:标准化工具链和开源框架的完善;

技术融合:与其他量化方法、模型压缩技术结合,形成多维优化方案。


未来,随着量子计算、联邦机器学习等新兴技术与FP8的结合(如量子机器学习中低精度计算的探索),FP8的应用边界将进一步扩展,成为机器学习基础设施的重要组成部分。



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