FlashRAG-Paddle | 基于PaddleNLP的高效开发与评测RAG框架

科技   2024-11-26 20:45   北京  


产品亮点

1. FlashRAG-Paddle:组件化、模块化的RAG框架

全面且可定制的RAG框架,集成检索器、重排序器、生成器和压缩器等核心组件,提供36个基准数据集和9种先进算法,辅以高效预处理脚本,简化流程,轻松实现复杂RAG场景下的模型测试与验证。

2. PaddleNLP: 超大Batch嵌入表示学习和多硬件高性能推理

PaddleNLP提供一站式大语言模型解决方案,支持超大Batch嵌入学习,多硬件高性能推理,涵盖了INT8/INT4量化技术,以及PageAttention、FlashDecoding等高效的注意力机制优化和TensorCore深度优化,从而大幅提升训练与推理效率,全方位满足多样化的应用需求。

3. FlashRAG & PaddleNLP:检索增强生成结合高性能推理,更准更快,提升用户体验

基于飞桨框架3.0版本,PaddleNLP内置了全环节算子融合等技术,使得FlashRAG推理性能相较于transformers动态图推理实现了70%以上的显著提升,结合检索增强知识,输出结果更加准确,为FlashRAG框架使用者带来了敏捷高效的使用体验。


背景介绍

在大语言模型时代,检索增强生成已成为缓解幻觉问题的有效解决方案。通过外接知识库,大模型可以在长尾问题、垂域问题上有良好的表现。检索增强生成(RAG)技术的广泛应用和巨大潜力吸引了大量研究关注。然而,近年来随着大量RAG算法和模型的出现,如何在一致的环境下快速构建并比较评估这些方法变得越来越具有挑战性。同时,如何利用大语言模型为文本更快更好的构建准确嵌入表示、如何加速推理生成速度等方面也日益受到关注。
为解决上述问题,中国人民大学高瓴人工智能学院联合百度共同发布了FlashRAG-Paddle框架,其中内置36个经过预处理的RAG数据集以及9种预实现的RAG算法,能够帮助研究人员高效地在RAG领域进行复现、基准测试和开发新算法。同时,借助基于飞桨框架3.0版本打造的PaddleNLP大语言模型套件,通过极致的全流程优化,为RAG中的检索器、生成器、重排器、精炼器提供从组网开发、预训练、精调对齐、模型压缩以及推理部署的一站式解决方案。
目前,FlashRAG已在GitHub平台获得近1.3K星标,欢迎大家持续关注、使用和贡献代码!

FlashRAG-Paddle框架


FlashRAG-Paddle是一个用于检索增强生成(RAG)研究的Python工具包,它基于飞桨框架和PaddleNLP大语言模型套件构建,并针对国产芯片进行了优化。
  • 全面且可定制的框架:包含RAG场景所需的核心组件,如检索器、重排序器、生成器和压缩器,可灵活组合成复杂的流程。

  • 综合基准数据集:包含36个经过预处理的RAG基准数据集,用于测试和验证RAG模型的性能。

  • 预实现的先进RAG算法:提供9种先进的RAG算法,可在不同设置下轻松复现结果。

  • 高效的预处理阶段:通过提供各种脚本,如用于检索的语料库处理、检索索引构建以及文档的预检索,简化了RAG工作流程的准备工作。

为了能够灵活高效地搭建各类RAG系统,FlashRAG采用了组件化、模块化的设计理念,将整个框架的设计包括三个层面:组件层、流程层、数据层
组件层
组件层位于框架的最底层,提供了构建RAG系统所需的各类基础组件,主要包括:
  • 检索器(Retriever):负责从知识库中检索与查询最相关的文档。FlashRAG支持使用embedding模型以及基于词项匹配的BM25方法等。

  • 生成器(Generator):根据给定的文本(通常是查询和检索结果的拼接)生成最终的回复。框架支持使用各类LLM模型,并支持FastChat、vllm等加速方案。

  • 重排器(Reranker):对检索结果进行重新排序,以进一步提升与查询的相关性。重排器分为交叉编码器和双塔编码器两种类型。

  • 精炼器(Refiner):对输入的文本进行进一步的精炼和压缩,去除冗余信息。目前已支持抽取式、生成式、基于LLMLingua和基于Selective-Context的多种精炼器。

基于实现的组件库,用户可以自由选择需要使用的组件来完成自己的特定需求。
流程层
流程层位于组件层之上,通过组装各类组件实现端到端的RAG流程。基于各种方法的推理路径,我们将RAG流程分为了四大类:
  • Sequential:顺序执行retriever、refiner、reranker、generator等组件,是最基础的RAG流程。

  • Conditional:通过judger模块判断不同类型的查询,并选择不同的执行路径。

  • Branching:并行执行多条路径,并将各路径的生成结果进行整合,代表工作如REPLUG、SuRe等。

  • Loop:通过迭代的方式交替执行retriever和generator,代表工作如Self-Ask、Self-RAG、FLARE、IRCoT等。

数据层
最上层为数据层,包括用于检索的语料数据以及用于评估的各种任务数据。在RAG流程运行完成后,会自动计算相关的评价指标并保存评测结果。我们收集并处理了RAG研究中广泛使用的35个数据集,并对其进行了预处理,以确保格式一致,便于使用。对于某些数据集,我们根据社区中常用的方法对其进行了调整以满足RAG任务的要求。所有数据集均可在Huggingface平台上进行下载。

PaddleNLP: 

超大Batch嵌入表示学习和多硬件高性能推理

助力检索增强生成


PaddleNLP是基于飞桨框架打造的大语言模型套件,通过极致的全流程优化,为开发者提供从组网开发、预训练、精调对齐、模型压缩以及推理部署的一站式解决方案。
  • 模型组网简化与参数多样:PaddleNLP通过统一分布式表示与自动并行技术,显著简化了组网开发的流程,减少了分布式核心代码量50%以上,结合多种并行策略Llama 3.1 405B等超大规模模型能够开箱即用。此外,PaddleNLP预置了80多个主流模型的训练、压缩、推理全流程方案,满足了不同应用场景下的多样化需求。

  • 精调与对齐性能提升:借助飞桨框架独有的FlashMask高性能变长注意力掩码计算机制和Zero Padding零填充数据流优化技术,PaddleNLP有效减少了无效数据填充带来的计算资源浪费,显著提升了精调和对齐的性能。以Llama 3.1 8B模型为例,其性能相较于LLaMA-Factory方案实现了1.2倍的提升,单机即可轻松完成128K长文的SFT/DPO任务。

  • 硬件适配广泛与高效:PaddleNLP基于飞桨插件式松耦合统一硬件适配方案(CustomDevice),仅需适配30余个接口即可实现大模型的基础适配,支持英伟达GPU、昆仑芯XPU、昇腾NPU、燧原GCU和海光DCU等多款主流芯片的大模型训练和推理。依托框架提供的多种算子接入模式和自动并行调优技术,PaddleNLP实现了框架与芯片间的软硬协同性能优化,为用户提供了更加高效、稳定的模型训练和推理体验。

超大Batch嵌入表示学习

嵌入表示学习采用In-batch negative策略,即将 batch 内的所有其他样本视作负样本,定义Contrastive loss函数如下:

其中  是第个文本和第个文本之间的余弦相似度, 是匹配样本的相似度从公式中可以看出随着batch size的增大,模型能接触并学习更多负样本,进而提取出更具判别性的特征。因此在大模型训练过程中,需要更大的Batch提升模型性能。


PaddleNLP通过在数据并行中支持In-batch negative策略以及flashmask等显存优化策略,在训练embedding模型时,提升每次训练的batch size, 进而显著提高训练效率和效果。

多硬件高性能推理
特点一:高性能推理优化,支持Llama 3.1 405B高性能推理

PaddleNLP构建了大模型高性能推理方案,支持Llama  3.0、Llama  3.1、Mixtral等一系列大语言模型推理。当前支持技术包含:

  • Weight Only INT8及INT4推理,支持权重、激活、Cache KV进行INT8、FP8量化的推理;

  • 注意力机制支持PageAttention、FlashDecoding等优化;

  • 支持基于TensorCore深度优化。

PaddleNLP高性能推理通过内置全环节算子融合策略,获取更优推理性能。在7B、14B、32B和72B模型的推理性能上,PaddleNLP后端相比transformers后端动态图推理提速70%至119%。同时,Llama 3.1 405B作为开源社区中的最大模型,PaddleNLP推理也快速支持了此模型,单机8卡即可实现快速推理能力。

特点二:多硬件大模型推理支持

在硬件支持方面,飞桨推理引擎展现出了强大的兼容性和灵活性。当前在支持完美支持英伟达GPU的基础上,还支持了国产及国际领先的AI芯片生态,包括昆仑XPU、昇腾NPU、海光DCU、燧原GCU、英特尔X86 CPU等多种硬件的大模型推理,不同硬件的推理入口保持统一,仅需修改device即可支持不同硬件推理

PaddleNLP的这一特性强化了RAG在更广泛的多硬件环境下的部署场景,满足不同用户的多样化需求,推动RAG在更多实际业务中的应用与落地


FlashRAG + PaddleNLP 快速打造RAG文档问答应用


RAG(检索增强生成)技术巧妙融合了信息检索与先进的生成模型,通过从丰富的外部知识库中精准检索相关信息,为大型语言模型提供强有力的回答辅助。这一创新技术充分发挥了信息检索的精准性与生成模型的创造力,能够自动生成既高质量又准确,同时紧密贴合上下文的文档总结。接下来,我们将为您详细介绍如何仅需三步,即可轻松构建RAG文档总结应用。


构建自己的语料数据库

步骤1:准备语料

首先需要准备预料库来作为检索召回的基础,预料库保存为jsonl以下格式,
{"id": "0", "contents": "contents for building index"}{"id": "1", "contents": "contents for building index"}

更多语料制作细节,请前往链接查看。

https://github.com/RUC-NLPIR/FlashRAG-Paddle


步骤2:索引

然后,使用以下代码构建您自己的索引。
对于密集检索方法,通过使用embedding模型,将文档嵌入到密集向量中,之后使用faiss来建立密集向量索引。
python -m flashrag.retriever.index_builder \    --retrieval_method e5 \    --model_path intfloat/e5-base-v2/ \    --corpus_path indexes/sample_corpus.jsonl \    --save_dir indexes/ \    --use_fp16 \    --max_length 512 \    --batch_size 256 \    --pooling_method mean \    --faiss_type Flat

对于稀疏检索方法,基于Pyserini或bm25s,依据词频将语料构建为Lucene的倒排索引。

python -m flashrag.retriever.index_builder \    --retrieval_method bm25 \    --corpus_path indexes/sample_corpus.jsonl \    --bm25_backend bm25s \    --save_dir indexes/

配置检索器和生成器

步骤1: 配置检索模型和生成模型

通过这段代码,我们指定了检索模型和生成模型的具体设置,为RAG运行提供了必要的配置信息。
# 定义一个配置字典,包含所有必要的设置config_dict = {    "save_note": "demo",  # 保存备注,用于标识这次配置    "model2path": {  # 模型名称及其对应的路径        "e5": "intfloat/e5-base-v2",  # 检索模型e5的路径        "llama3-8B-instruct": "meta-llama/Meta-Llama-3-8B-Instruct"  # 生成模型llama3-8B-instruct的路径    },    "retrieval_method": "e5",  # 指定使用的检索模型    "generator_model": "llama3-8B-instruct",  # 指定使用的生成模型    "corpus_path": "indexes/general_knowledge.jsonl",  # 知识库文件的路径,检索模型会从这里查找信息    "index_path": "indexes/e5_Flat.index",  # 索引文件的路径,用于加速检索过程}
# 使用配置字典和一个配置文件路径来初始化配置对象config = Config("my_config.yaml", config_dict=config_dict)

步骤2: 定义对话模板

为了让AI助手更加人性化,我们需要为它设定一些对话模板。这些模板会指导AI如何回应用户的输入,并确保回复既友好又准确。
# 定义一个带有引用信息(reference)的系统提示,AI在回应时会参考这些信息system_prompt_rag = (    "你是一个友好的AI助手。"    "像人类一样回应输入,如果输入中有指令,请遵循指令进行回应。"    "\n以下是一些提供的参考信息。你可以使用这些信息来回答问题。\n\n{reference}")
# 定义用户输入的基本模板,{question}会被实际的问题所替换base_user_prompt = "{question}"
# 使用前面定义的配置和模板,创建一个带有引用信息的对话模板对象prompt_template_rag = PromptTemplate(config, system_prompt=system_prompt_rag, user_prompt=base_user_prompt)

步骤3: 加载检索模型和生成模型

在配置好对话模板之后,接下来我们需要加载之前配置的检索模型和生成模型。这两种模型在PaddleNLP库中已经集成,所以我们可以直接调用它们,无需从头开始训练或编写复杂的代码。

# 根据配置加载检索模型,这是RAG用于从知识库中查找信息的模型retriever = load_retriever(config)
# 根据配置加载生成模型,这是RAG用于生成输出的模型generator = load_generator(config)

检索增强,生成输出

通过这段代码,RAG首先使用检索模型根据用户的查询找到最相关的文档。然后,它将这些文档信息整合到对话模板中,形成一个包含引用信息的输入提示。最后,使用生成模型根据这个输入提示来生成智能化的回应,并打印出来。

# 使用检索模型,根据用户的查询(query)来检索最相关的topk个文档retrieved_docs = retriever.search(query, num=topk)
# 将检索到的文档信息整合到对话模板中,形成带有引用信息的输入提示input_prompt_with_rag = prompt_template_rag.get_string(question=query, retrieval_result=retrieved_docs)
# 使用生成模型,根据带有引用信息的输入提示来生成回应# 这里可以设置一些生成参数,如temperature控制生成的随机性,max_new_tokens控制生成的最大长度response_with_rag = generator.generate( input_prompt_with_rag, temperature=temperature, max_new_tokens=max_new_tokens)[0]
# 打印生成的回应print(response_with_rag)


总结


FlashRAG-Paddle这一工具包不仅有助于现有 RAG 技术的复现,还支持新方法的开发,更重要的是,它为基于国产硬件和软件的AI应用提供了更广泛、更灵活的开发和部署选项,从而推动了AI技术的自主创新和国产化进程。

FlashRAG和FlashRAG-Paddle的所有资源已开源,我们诚挚邀请国内外的研究人员和开发者使用、复现和贡献代码,共同推动RAG技术的发展和国产化进程!

FlashRAG论文链接

https://arxiv.org/abs/2405.13576

FlashRAG-Paddle 链接

https://github.com/RUC-NLPIR/FlashRAG-Paddle


PaddleNLP 链接

https://github.com/PaddlePaddle/PaddleNLP



精彩课程预告



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