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Docs11. LLM 内部構造セクション概要

11-llm-internals — LLM 内部構造(学術編)

LLM のモデル内部構造・学習理論・推論機構・解釈可能性を、数式と原論文への参照を伴う学術的な粒度で扱うセクションです。10-llm-foundations(実務直感・数式なし)の「なぜ」をもう 1 段掘る下層に位置し、各記事は対応する 10 章記事から「さらに深く」たどれる入口として設計します。

数式の規約

  • 数式は KaTeX 記法($...$ インライン / $$...$$ ブロック)で書きます
  • 各数式の直後に日本語の読み下しを添え、数式を読み飛ばしても本文が成立するようにします
  • 導出は結論の解釈が変わる場合のみ最小限にとどめます

この章の記事

記事内容
Transformer アーキテクチャ詳解Transformer アーキテクチャ詳解(埋め込み・位置符号化・自己注意の数式・多頭注意・FFN・残差ストリームTransformer の層をまたいで貫く共有の通信路という見方。各注意ヘッド・FFN は、正規化した入力を副層に通した結果をこのストリームに足し込む(読み書きする)。回路・特徴を分析する解釈可能性研究の基礎的な視点。・正規化・パラメータの数え方)
注意機構の変種と長コンテキスト技術注意機構の変種と長コンテキスト技術(MQA/GQA/MLA・スパース/線形注意・位置の外挿・SSM・FlashAttention の発想)
MoE の内部構造MoE推論のたびに一部のパラメータ(エキスパート)だけを起動するモデル構造。総パラメータ(メモリ要件)とアクティブパラメータ(速度・計算量)を分けて評価する必要がある。内部構造(ルーティング・負荷分散・専門化)は MoE の内部構造、選定上の意味は 主要 LLM の全体像 の内部構造(疎な活性化・ルーティング・負荷分散・専門化・総 vs アクティブパラメータの数理)
事前学習とスケーリング則事前学習とスケーリング則(次トークン予測・パープレキシティ言語モデルの予測の鋭さを表す指標で、交差エントロピー損失を指数に乗せたもの。「次のトークンで平均何択くらい迷っているか」の目安。トークナイザ・評価データに依存するため、異なる条件間で直接比較できない。・Chinchilla・データ側・創発性論争)
アラインメントの理論(RLHF から DPO・RLVR まで)アラインメントの理論(RLHF人間の選好から報酬モデルを学び、KL 正則化付きでその報酬を最大化するよう方策(モデル)を最適化する選好調整の枠組み。有用さ・無害さ・トーンを形作る一方、迎合や報酬ハッキングの由来でもある。 の定式化・DPO報酬モデルの学習と強化学習の 2 段を、選好データから直接 1 段で最適化する選好調整の手法。「報酬モデルは方策に暗黙に含まれる」ことを使い、正規化定数を消去して選好から直接学ぶ。実装が軽い一方、明示的報酬モデルがないぶん細かい制御は RLHF に劣る。 の導出・報酬の過剰最適化・RLVR)
推論の内部機構(サンプリング・KV キャッシュ・量子化)推論の内部機構(サンプリングの数理・プリフィル/デコードの計算量・投機的デコーディング下書きモデルの複数トークンを本命モデルでまとめて検証する推論高速化。貪欲法では一致する接頭辞を採用し、確率的生成では受理確率と棄却時の補正分布を用いる。これらを正しく実装し、同じ生成条件を適用する方式では本命の分布を保てる。速度改善は下書きの受理率と検証費用に依存する。・量子化モデルの重みを低い数値精度(INT8・INT4 等)で表現してサイズを縮める手法。VRAM とメモリ帯域の負荷が下がり、同じ GPU により大きいモデル・多い同時実行を載せられる。精度を下げるほど品質が落ちうるため、量子化後の品質は自社タスクで検証してから使う。)
LLM の解釈可能性の基礎LLM の解釈可能性の基礎(プロービング・帰属・回路・重ね合わせと SAE・応用と限界。鮮度管理型)
文脈内学習と記憶の科学文脈内学習と記憶の科学(ICL の理論仮説・few-shot の研究知見・grokking・二重降下・データ汚染)