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 | FP16 | 56GB |
训练 | FP32 | 112GB | |
推理 | FP16 | 18GB | |
推理 | FP32 | 36GB | |
14B | 训练 | FP16+FP32 | 274 GB |
推理 | FP16 | 32-36 GB | |
32B | 训练 | FP16+FP32 | 592 GB |
推理 | FP16 | 104 GB | |
70B | 训练 | FP16+FP32 | 1270 GB |
推理 | FP16 | 220 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。