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小規模言語モデル (SLM) とは?

AI を活用し、小規模言語モデルを使用して、イノベーションをより迅速かつ効率的に行う方法について説明します。 

小規模言語モデル (SLM) の概要

小規模言語モデル (SLM) は、自然言語に応答したり、自然言語を生成したりできる計算モデルです。SLM は、大規模なモデルよりも少ないリソースを使用して特定のタスクを実行するようにトレーニングされます。

まとめ

  • 小規模言語モデル (SLM) は、大規模なモデルよりも少ないリソースを使用して特定のタスクを実行する言語モデルのサブセットです。
  • SLM は、大規模な言語モデル (LLM) よりもパラメーターが少なく、ニューラル アーキテクチャがシンプルであるため、トレーニングの高速化、エネルギー消費量の削減、リソースが限られたデバイスへのデプロイが可能になります。
  • SLM の潜在的な制限には、複雑な言語に対応する能力の制限と、複雑なタスクでの精度の低下が含まれます。
  • SLM を使用する利点には、ドメイン固有のアプリケーションでのコストの削減とパフォーマンスの向上が含まれます。

SLM のしくみは?

小規模言語モデル (SLM) は、自然言語に応答したり、自然言語を生成したりできる計算モデルです。SLM は、より規模の大きい、よく知られた大規模言語モデル (LLM) が処理するタスクと同じような自然言語処理タスクの一部を、より小規模で実行するように設計されています。パラメーターが少なく、ニューラル ネットワーク アーキテクチャもシンプルに構築されているため、より少ない計算能力で動作しながら、専用のアプリケーションで価値のある機能を提供できます。

基本アーキテクチャ

小規模言語モデルは、LLM で見られるような人工ニューラル ネットワークの簡略化されたバージョンを使用して構築されます。言語モデルには、データから学習し、予測を行うために使用する一連のパラメーター (つまり調整可能な設定) があります。 SLM には、LLM よりもはるかに少ないパラメーターが含まれているため、大規模なモデルよりも高速かつ効率的です。GPT-4 のような LLM には 1 兆個を超えるパラメーターが含まれていることがある一方、SLM に含まれているのは数億個のみです。小さいアーキテクチャにより、SLM は、顧客サービスのチャット ボットや仮想アシスタントなど、ドメイン固有のアプリケーションで自然言語処理タスクを、LLM よりもはるかに少ない計算能力で実行できます。

主なコンポーネント

言語モデルは、テキストを単語埋め込み (単語の意味を捉える数値表現) に分割します。これらはエンコーダーを使用してトランスフォーマーによって処理されます。その後、デコーダーが、テキストに対する一意の応答を生成します。

トレーニング プロセス

言語モデルのトレーニングには、テキスト コーパスと呼ばれる大規模なデータセットへの公開が含まれます。SLM は、比較的小さい LLM で使用されるデータセットよりも小さく、より特殊なデータセットでトレーニングされます。通常、SLM のトレーニングで使用されるデータセットは、その機能に特化したものです。モデルをトレーニングした後は、微調整を通じてさまざまな特定のタスクに適合させることができます。
メリット

小規模言語モデルを使用する利点

SLM には、LLM に対して多くの利点があります:

低い計算要件

小規模言語モデルでは、必要な計算能力が少ないため、リソースが限られた環境に最適です。この高い効率により、これらのモデルを小さなデバイスで使用できるようになります。

トレーニング時間の短縮

小規模モデルでは、大規模なモデルよりも高速にトレーニングできるため、反復と実験を迅速に行うことができます。トレーニング時間が短縮されると、新しいアプリケーションの迅速なデプロイとテストを容易になるために、開発プロセスが高速化されます。

エッジ デバイスへのデプロイの簡素化

SLM は、コンパクトなサイズと低いリソース要件により、エッジ デバイスに最適です。SLM は、不断のクラウド接続を必要とせずに効率的に実行でき、ローカルでデータを処理することでパフォーマンスと信頼性が向上します。

エネルギー消費量の削減

SLM の消費エネルギーは少なくなります。これにより、LLM よりも環境に優しく、コスト効率が向上します。

精度の向上

トレーニングは特定のタスクに重点を置いているため、SLM はトレーニングされた領域内でより正確な応答と情報を提供できます。その専門性の高い性質により微調整が可能になり、ドメイン固有のアプリケーションでは、多くの場合、大規模なモデルよりも優れたパフォーマンスを発揮します。

コストの削減

SLM の計算要件、トレーニング時間、エネルギー消費量が減ると、全体的なコストが削減されます。この手軽さにより、より広範なユーザーや組織がアクセスできるようになります。

SLM の課題と制限事項

小規模言語モデルは、効率的で軽量に設計されています。この設計により、複雑な言語を処理して理解する能力に制約が生じる可能性があり、複雑なタスクの処理における精度とパフォーマンスが低下する可能性があります。

SLM に関連するいくつかの一般的な課題を次に示します:
複雑な言語理解のための制限された能力:
LLM が、広大で包括的なライブラリから情報をプルするとすれば、SLM はライブラリのごく一部のセクション、またはいくつかの非常に具体的なブックからから情報をプルします。これにより、LLM の追加パラメーターと能力の恩恵を受けるような複雑なタスクを処理する場合は、SLM のパフォーマンス、柔軟性、創造性が制限されます。SLMS は、ニュアンス、微細な文脈、言語の複雑な関係などを理解するのに苦労する可能性があり、テキストの誤解や、過剰な単純化につながる可能性があります。
複雑なタスクの精度が低下する可能性:
小規模言語モデルでは、複雑な問題解決や意思決定のシナリオでタスクを実行する際に、精度の維持に苦労することがよくあります。処理能力が制限され、トレーニング データセットが小さいと、多面的な推論、複雑なデータ パターン、または高レベルの抽象化を伴うタスクの精度が低下し、エラー率が向上する可能性があります。そのため、科学的研究や医療診断など、高い精度を必要とするアプリケーションには最適な選択肢ではない可能性があります。
パフォーマンスの制限:
小規模言語モデルの全体的なパフォーマンスは、多くの場合、そのサイズと計算効率によって制限されます。迅速でコスト効率の高いソリューションにはメリットがありますが、要求の厳しいタスクに必要な堅牢なパフォーマンスを実現できない可能性があります。

これらの制限やその他の制限により、 ディープ ラーニングを必要とするアプリケーションでは SLM の効果が低下します。 開発者は、ご自身の特定のニーズに対する SLM の制限を考慮する必要があります。

小規模言語モデルの種類

SLM は、大規模モデルの蒸留モデル、タスク固有モデル、軽量モデルの 3 つの主な種類に分類できます。

より大規模なモデルの蒸留バージョン

このアプローチでは、大規模な教師モデルを使用して、教師の動作を模倣することを学習する小規模な生徒モデルをトレーニングします。生徒モデルは教師の知識の多くを保持しますが、必要なパラメーターが少なく、計算能力が小さくなります。蒸留を使用すると、リソースが制限されている環境で言語モデルを効率的にデプロイしながら、高いレベルのパフォーマンスを維持できます。広く普及している SLM の 1 つが DistilBERT です。DistilBERT は、より大規模な BERT と同等のパフォーマンスを提供しますが、サイズが小さくなり、推論時間が短縮されます。

タスク固有モデル

タスク固有モデルは、特定のタスクまたはドメインに合わせて調整された小規模言語モデルです。ChatGPT のような汎用モデルとは異なり、これらのモデルは 感情分析、翻訳、質問回答など、特定のアプリケーションで優れた機能を発揮するように調整されています。幅の狭いタスクのセットに焦点を当てることで、タスク固有モデルは、より一般化されたモデルよりも高い精度と効率を実現できる場合があります。これらは、特定のタスクに高いパフォーマンスが必要な場合で、リソースの使用量を最適化するためにモデルのスコープを制限できる場合に特に便利です。

軽量モデル

軽量モデルは、強力なパフォーマンスを提供しながら、計算要求を最小限に抑えるために最適化された、より少ないパラメーターとアーキテクチャで構築されています。多くの場合、モバイル アプリケーション、エッジ デバイス、または計算資源が制限されているその他のシナリオで使用されます。

SLM のユース ケース

小規模言語モデルは特定のアプリケーション向けに最適化されているため、リソースが限られている環境や特定のニーズに最適です。SLMS の主なユース ケースには、デバイス上のアプリケーション、リアルタイムの言語処理、リソースが少ない環境などがあります。

デバイス上のアプリケーション

SLM は、計算資源が制限され、プライバシーが懸念されるデバイス上のアプリケーションに適しています。スマートフォン、タブレット、スマート スピーカーなどのデバイスで直接実行することで、これらのモデルは、絶え間ないインターネット接続や クラウド コンピューティング サービスに依存することなく、音声認識、テキスト予測、言語翻訳などのタスクを実行できます。これにより、データ処理をローカルに維持することでユーザーのプライバシーが強化され、アプリケーションの応答性が向上します。たとえば、予測テキスト入力、仮想アシスタント、オフライン翻訳サービスなどがあります。

リアルタイムの言語処理

短い応答時間が重要なシナリオでは、小規模言語モデルは応答速度が速いため、大きな利点があります。リアルタイムの言語処理は、チャット ボット、カスタマー サービスの自動化、ライブ文字起こしサービスなどのアプリケーションで不可欠です。これらのモデルでは、最小限の待ち時間で言語タスクを処理できるため、ユーザーは即座にフィードバックを受け取り、シームレスな対話を行うことができます。

低リソース環境

SLM は、計算能力と帯域幅が制限されている低リソース環境で特に重要です。これらは、より多くのユーザーや組織にアクセス可能にする、手ごろな価格のハードウェアにデプロイできます。

新しい SLM の傾向と進歩

小規模言語モデルは、自然言語処理と 機械学習の分野における大きな進歩の象徴です。人間のようなテキストを理解して生成する能力により、カスタマー サービスからコンテンツ制作まで、さまざまなアプリケーションの新しい可能性が開かれています。言語モデルの進化が続くにつれて、SLM はますます洗練され、より高い効率でより多くの機能を提供できるようになるでしょう。SLM の新しい傾向と進歩をいくつか次に示します:
モデルの効率と圧縮手法の進歩:
継続的な研究により、圧縮手法が改善された、より効率的なモデルが生まれると予想されます。これらの進歩により、SLM の機能がさらに強化され、より小さなサイズを維持しながら、より複雑なタスクに取り組むことが可能になります。たとえば、Phi-3 SLM の最新バージョンには、 computer vision 機能があります。
エッジ コンピューティングの拡大に伴う広範なアプリケーション:
エッジ コンピューティングの普及に合わせて、SLM は幅広い分野でアプリケーションを見つけ、多様なニーズに対応し、そのリーチを拡大します。エッジ デバイス上でローカルにデータを処理する機能により、リアルタイムでコンテキストに対応した AI ソリューションの新しい可能性が開かれます。
現在の制限事項に対処する
精度を向上させ、多様な言語を処理するための取り組みが進行中です。これらの制限に対処することで、研究者はさまざまな言語やコンテキストで SLM のパフォーマンスを向上させ、より汎用性と能力を高めることを目指しています。 
ハイブリッド モデルとフェデレーション 学習:
フェデレーション学習とハイブリッド モデルは、より堅牢で汎用性の高い SLM への道を切り開いています。フェデレーション学習を使用すると、機密データを共有することなく、複数のデバイスでモデルをトレーニングできるため、プライバシーとセキュリティが強化されます。さまざまなアーキテクチャの長所を組み合わせたハイブリッド モデルは、パフォーマンスと効率を最適化するための新しい可能性を提供します。

これらの傾向は、AI のアクセシビリティを高め、効果的で、幅広いアプリケーションに適応できるようにする際の、小規模言語モデルの影響力の増加に寄与しています。進化を続ける中で、SLM は不可欠なツールになり、さまざまな環境や業界で AI のイノベーションを推進します。 
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よくあるご質問

  • SLM は、必要な計算資源が少ないタスク用に設計されています。LLM は、より優れた能力を提供しますが、はるかに多くの処理能力を必要とします。SLM はエッジ コンピューティングと低リソース環境に最適ですが、LLM は複雑なタスクの処理に優れています。

  • 小規模言語モデルは、リソースの少ない環境でのアプリケーションの実行や迅速な対応が重要なタスクなど、効率性を必要とするタスクに最適です。また、大規模言語モデルの広範な機能を必要としない特定のタスクにも役立ちます。

  • LLM よりも SLM を使用する利点には、計算要件の削減、応答時間の短縮、エッジ デバイスへのデプロイの適合性があります。SLM は、大規模言語モデルの広範な機能を必要としないタスクに対して、より効率的でコスト効率に優れています。 これにより、リソースが限られたリアルタイムのアプリケーションや環境に最適です。