Google的新型Gemma模型是第一批采用与Gemini模型使用相同技术构建的开放式LLMs。它们仅提供两种尺寸，2B和7B。此外，还提供了用于聊天应用程序的基础版本和指令调优版本。这些模型已经得到了许多深度学习框架的支持，并且足够小，可以在消费者硬件上使用。

在本文中，我们将了解Gemma模型的主要特点。我们会发现，其中一些特点并非一般标准模型所具有的，而Google似乎从Llama 2和Mistral 7B中吸取了很多有用的经验，提出了一个出色的7B模型。在本文的第二部分，我们将了解如何使用Gemma模型：与QLoRA进行微调、推断和量化。

Gemma 7B其实是8.5B

关于Gemma 的实现细节可以查看下面的文档：

‍Gemma: Open Models Based on Gemini Research and Technology‍（https://storage.googleapis.com/deepmind-media/gemma/gemma-report.pdf）

Gemma技术报告中的表2非常引人注目：

在这个表格中，Google展示了每个模型的参数数量，区分了嵌入参数和非嵌入参数。对于7B模型，非嵌入参数有7.751B。即使不计算嵌入参数，我们也更接近于8B而不是7B。如果考虑到总参数数量，Gemma 7B有8.54B参数

所以Gemma更接近于9B模型而不是7B模型。将Gemma发布为“7B”LLM是误导性的，但似乎这是一个新趋势，因为LLM制造商希望将他们自己的LLM与先前发布的7B模型进行比较。

为了比较，以下是其他流行的“7B”模型的总参数数量：

• Llama 2 7B：6.74B

• Mistral 7B：7.24B

• Qwen-1.5 7B：7.72B

• Gemma 7B：8.54B
  

Gemma 7B显然不是与Llama 2和Mistral同一类别的模型。Gemma 7B比Llama 2 7B多了1.8B的参数。
在这份报告中，Google还在表1中给出了关于模型架构的一些细节：

这些模型可以处理长达8k个token的上下文。为了有效扩展，它们使用了多查询注意力和RoPE嵌入。Gemma已经与FlashAttention-2兼容。

这个架构非常标准，除了词汇表之外。它的词汇表非常庞大。在最近的已发布的生成式LLM中，Gemma拥有最大的词汇表，达到了256k个条目。这比Llama 2的词汇表大8倍，比Qwen-1.5的词汇表大1.7倍，而Qwen-1.5的词汇表已经被认为非常大了。

较大的词汇量通常意味着该模型经过了多语言训练。然而，谷歌写道，这些模型主要是针对英语任务进行训练的。与Gemini不同，这些模型不是多模态的，也没有针对多语言任务进行最优性能的训练。

不过，很多人认为谷歌使用多种语言的数据对模型进行了训练，正如模型的词汇表所显示的那样。对其进行多语言任务的微调应该会产生良好的性能。

Gemma的训练数据

Gemma 2B和7B分别训练了2万亿和6万亿个token。这意味着Gemma 7B的训练token比Llama 2多了3倍。这可能有两个原因：

1. Llama 2的训练损失在训练3T token后仍然显着下降。

2. 由于词汇表非常大，模型需要进行更长时间的训练，以学习词汇表中所有token的更好嵌入。

Gemma的指令调优版本

对于模型的指令调优版本，他们在一个由人类和合成数据组成的指导数据集上应用了监督微调，随后进行了来自人类反馈的强化学习（RLHF）。

这是提示格式：

谷歌对Gemma进行了评估，并将结果与Llama 2（在论文中拼写为LLaMA-2）和Mistral 7B进行了比较。

Gemma 7B在大多数任务中获得了比其他模型更好的分数。尽管如此，在评估这些基准得分时，始终要持谨慎态度。我们没有任何关于这些评估分数的计算细节。

在您的计算机上运行Gemma 2B和7B

Gemma模型已经得到了Hugging Face Transformers和vLLM的支持。您将需要一台至少具有18 GB GPU内存的GPU。

使用vLLM

安装vLLM：

pip install vllm

这是一个简单的离线推断示例，可以有效地利用GPU内存：

 import time
 from vllm import LLM, SamplingParams
 prompts = [
"The best recipe for pasta is"
 ]
 sampling_params = SamplingParams(temperature=0.7, top_p=0.8, top_k=20, max_tokens=150)
 loading_start = time.time()
 llm = LLM(model="google/gemma-7b")
 print("--- Loading time: %s seconds ---" % (time.time() - loading_start))
 generation_time = time.time()
 outputs = llm.generate(prompts, sampling_params)
 print("--- Generation time: %s seconds ---" % (time.time() - generation_time))
 for output in outputs:
generated_text = output.outputs[0].text
print(generated_text)
print('------')

使用Transformers 库

确保您正在运行Transformers的最新版本：

pip install --upgrade transformers accelerate

然后，按以下步骤加载和运行Gemma 7B：

import torch
 from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, set_seed
 set_seed(1234) # For reproducibility
 prompt = "The best recipe for pasta is"
 checkpoint = "google/gemma-7b"
 tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(checkpoint)
 model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(checkpoint, torch_dtype=torch.float16, device_map="cuda")
 inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt").to('cuda')
 outputs = model.generate(**inputs, do_sample=True, max_new_tokens=150)
 result = tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)
 print(result)

Gemma 7B的量化

量化更具挑战性。当前用于GPTQ和AWQ量化的两个最常用的库AutoGPTQ和AutoAWQ不支持Gemma。尽管如此，我相信它们以后会支持Gemma。
我只能使用bitsandbytes NF4对Gemma 7B进行量化。注意：也可以使用llama.cpp在GGUF格式中进行块状量化。谷歌在与原始版本相同的存储库中正式发布了Gemma的GGUF版本。
一旦使用bitsandbytes进行量化，您仍然需要7.1GB的GPU内存来运行Gemma 7B。

安装相应的python库：

pip install --upgrade transformers bitsandbytes accelerate

量化脚本：

import torch
 from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, set_seed, BitsAndBytesConfig

 set_seed(1234) # For reproducibility
 prompt = "The best recipe for pasta is"
 checkpoint = "google/gemma-7b"
 compute_dtype = getattr(torch, "float16")
 bnb_config = BitsAndBytesConfig(
load_in_4bit=True,
bnb_4bit_quant_type="nf4",
bnb_4bit_compute_dtype=compute_dtype,
bnb_4bit_use_double_quant=True,
 )
 tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(checkpoint)
 model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(checkpoint, quantization_config=bnb_config, device_map="cuda")
 inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt").to('cuda')
 outputs = model.generate(**inputs, do_sample=True, max_new_tokens=150)
 result = tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)
 print(result)

使用QLoRA对Gemma 7B进行微调

由于bitsandbytes量化已经得到支持，我们可以使用QLoRA对Gemma 7B进行微调。同时，也可以在消费者硬件上，通过使用微小的训练批大小和较短的max_seq_length，对Gemma 7B进行LoRA微调（即不进行量化）。
以下是我用来测试QLoRA对Gemma 7B进行微调的代码：

import torch
from datasets import load_dataset
from peft import LoraConfig, PeftModel, prepare_model_for_kbit_training
from transformers import (
AutoModelForCausalLM,
AutoTokenizer,
BitsAndBytesConfig,
AutoTokenizer,
TrainingArguments,
 )
from trl import SFTTrainer

 model_name = "google/gemma-7b"
#Tokenizer
 tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name, add_eos_token=True, use_fast=True)
 tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token
 tokenizer.pad_token_id = tokenizer.eos_token_id
 tokenizer.padding_side = 'left'
 ds = load_dataset("timdettmers/openassistant-guanaco")
 compute_dtype = getattr(torch, "float16")
 bnb_config = BitsAndBytesConfig(
load_in_4bit=True,
bnb_4bit_quant_type="nf4",
bnb_4bit_compute_dtype=compute_dtype,
bnb_4bit_use_double_quant=True,
 )
 model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
model_name, quantization_config=bnb_config, device_map={"": 0}
 )
 model = prepare_model_for_kbit_training(model)
#Configure the pad token in the model
 model.config.pad_token_id = tokenizer.pad_token_id
 model.config.use_cache = False # Gradient checkpointing is used by default but not compatible with caching
 peft_config = LoraConfig(
lora_alpha=16,
lora_dropout=0.05,
r=16,
bias="none",
task_type="CAUSAL_LM",
target_modules= ['k_proj', 'q_proj', 'v_proj', 'o_proj', "gate_proj", "down_proj", "up_proj"]
 )
 training_arguments = TrainingArguments(
output_dir="./results_qlora",
evaluation_strategy="steps",
do_eval=True,
optim="paged_adamw_8bit",
per_device_train_batch_size=4,
per_device_eval_batch_size=4,
log_level="debug",
save_steps=50,
logging_steps=50,
learning_rate=2e-5,
eval_steps=50,
max_steps=300,
warmup_steps=30,
lr_scheduler_type="linear",
 )
 trainer = SFTTrainer(
model=model,
train_dataset=ds['train'],
eval_dataset=ds['test'],
peft_config=peft_config,
dataset_text_field="text",
max_seq_length=512,
tokenizer=tokenizer,
args=training_arguments,
 )
 trainer.train()

完成300个eopch需要不到1小时（训练批量大小为4）。

结论

Gemma 7B看起来是Mistral 7B的一个旗鼓相当的竞争对手，但我们不要忘记它也多了10亿个参数。我们不知道Gemma 2B的用例是什么，因为它在性能上被其他类似大小的模型超越了。Gemma模型已经得到许多框架的良好支持。一旦量化，您可以使用具有8 GB GPU的Gemma 7B。

支持GPTQ和AWQ进行量化的版本应该很快就会推出。