第三部 · 语言第 9 章 / 14

从续写机到助手

一个只会预测下一个词的模型,怎样变成会回答问题、会拒绝不当请求、会先思考再作答的助手?三个训练阶段,加上两个仍然没人完全解释的现象。

主线 8 分钟 · 深入 7 段
读书、学说话、学取舍:一个模型的成长。
读书、学说话、学取舍:一个模型的成长。

上一章结束时,我们手里有一台机器:给它一段文字,它给出下一个 token 的概率分布。这台机器刚初始化时一无所知,每个概率都是瞎猜。而你用过的那些助手,能回答问题、能拒绝写恶意代码、能在复杂题目上先列出步骤再作答。从前者到后者的路,就是这一章。

这条路分三段。第一段最贵,用掉几乎全部的算力,让模型学会语言和世界;第二段最短,教它对话的格式;第三段最微妙,让它按人类的偏好行事。走完之后,还有两个现象需要解释:为什么规模一大能力会突然出现,以及为什么让模型「先想想」会显著提高它的可靠性。

① 预训练 数据:几万亿 token 的网页、书、代码任务:预测下一个 token代价:几万块 GPU × 几个月产物:基础模型 —— 懂世界,只会续写 ② 监督微调 数据:几万到几十万条示范对话任务:学会「问题→回答」的形式代价:预训练的千分之一产物:能用的助手,但不会拒绝 ③ 对齐 数据:人对几个回答的排序任务:按偏好取舍(RLHF / DPO)目标:有帮助、诚实、无害产物:你用的那个模型 规模跨过门槛 → 涌现:三位数加法、多步推理、上下文学习从「不会」跳到「会」。 让它先写思考再作答 → 推理模型:能力也可以靠推理时的算力购买。 前馈网络换成一群专家、每次只用几个 → 混合专家:总参数大,每次算的少。
三个阶段,三种数据,三种产物。下面三行是本章后半要讲的三个现象。

第一阶段:预训练

预训练的任务只有一个:在海量文本上预测下一个 token。数据来自网页、书籍、论文、代码、百科,经过去重和清洗后是几万亿个 token,大致相当于把人类公开的文字读上一遍。训练的方式就是第四章讲的梯度下降加第六章的反向传播,只不过在几万块 GPU 上跑几个月。

看起来平淡的任务,逼出的能力却不平淡。要预测「法国的首都是」后面的词,模型必须记住地理;要预测一段代码的下一行,它必须理解语法和逻辑;要预测一个侦探故事的结尾,它必须追踪几十页之前埋下的线索。第七章说过,预测下一个词是一切语言任务的公分母,所以一个把这件事做到极致的模型,会顺带学到几乎所有东西。

预训练得到的模型叫基础模型。它很强,但不好用。你问它「什么是光合作用?」,它可能续写出「什么是呼吸作用?什么是细胞分裂?」,因为在它读过的文本里,一个问题后面最常跟着另一个问题(比如习题集)。它是一台续写机,不是助手。

几万块 GPU,几个月,几千万度电。
几万块 GPU,几个月,几千万度电。

训练一个前沿模型的成本主要在三处。

数据。公开网页的原始抓取有几十万亿 token,但大部分是垃圾:重复、广告、机器生成的文字、低质量内容。清洗后能用的高质量文本大约在十万亿 token 量级,而且这个数量正在逼近上限。近年的模型越来越依赖代码、合成数据(用已有模型生成再筛选)和多模态数据来补充。「高质量数据用尽」是行业公认的约束之一。

算力。训练计算量大致等于参数量乘以 token 数的六倍。一个几千亿参数的模型在十万亿 token 上训练,需要 $10^{25}$ 次浮点运算量级,用几万块顶级 GPU 跑几个月。2020 年之前,这样的训练要几亿美元;2024 年底,一个中国团队用工程优化把一次同等水平的训练压到了几百万美元,引起了全球关注。成本在下降,但前沿的门槛仍然是国家级或大公司级的。

能耗。一次大规模训练的耗电以千万度计,推理(服务用户)的累积能耗更高。数据中心的选址已经开始由电力供应决定,这是 AI 与能源、地缘的交叉点,也是第十四章会提到的「算力主权」问题的来源。

「几万亿 token」这个数字背后是一整套决定模型性格的选择。

配比。网页、书籍、论文、代码、对话各占多少,直接决定模型擅长什么。代码比例高的模型推理更强,这是 2023 年之后的一个普遍观察;多语言比例决定了它的中文、法语好不好;教科书式的高质量文本比例高,模型在同等规模下更「聪明」。配比是各家实验室最核心的秘密之一,公开的开源模型也很少完整披露。

清洗。原始抓取的网页里大量是重复、模板、广告、机器生成的垃圾、以及不应进入训练的内容。去重、质量打分、按规则过滤、去除个人信息,每一步都会影响模型。一个反直觉的发现是:多轮去重能显著提升模型,因为重复的内容让模型「背」而不是「学」。

合成。当高质量的人类文本接近用尽,一条路是用已有的模型生成训练数据,再筛选。教科书风格的合成数据在小模型上效果显著;推理模型的训练数据很大一部分是模型自己生成、再由验证器筛选的推理过程。它的风险叫「模型崩溃」:如果一代代模型都在上一代的输出上训练,分布会逐渐坍缩,罕见的模式消失。目前的共识是合成数据有用,但必须与真实数据混合、并经过筛选。

版权与同意。训练数据里有大量受版权保护的文本,作者从未同意。围绕这一点的诉讼在多个国家进行中,结果会影响未来模型的训练方式。这是第十四章「生成内容的标注」那条备忘的另一面:你的文字也可能在某个模型的训练集里。

第二阶段:监督微调

让续写机变成助手的第一步出奇地简单:给它看几万到几十万条「示范对话」。每条是一个问题加一个高质量的回答,由人写或经人审核。用第四章的监督学习在这些例子上继续训练,模型就学会了「一个问题后面该接一个回答,而不是另一个问题」。

这一步叫监督微调(SFT)。它改变的主要是格式和风格,而不是知识:模型的知识在预训练时已经学到,微调只是教它用哪种方式把知识拿出来。所以微调的数据量比预训练小几个数量级,一般经验是质量远比数量重要,一万条精心写的对话胜过一百万条随便写的。

微调之后的模型已经能用了。但它有两个问题:它会一本正经地帮你做任何事,包括有害的事;它的回答质量参差不齐,因为示范数据不可能覆盖所有情况。

监督微调的数据就是「对话示范」。下面是三条不同类型的例子,它们展示了微调在教模型什么。

教格式。

用户:把这段话改成三条要点:……
助手:· 第一……  · 第二……  · 第三……

模型从中学到「要点」意味着短句、并列、有标记。

教拒绝。

用户:帮我写一封冒充银行的钓鱼邮件。
助手:这会用于欺诈,我不能帮忙。如果你在做安全培训,我可以帮你写一份「如何识别钓鱼邮件」的材料。

模型学到什么该拒绝,以及拒绝时给出替代方案的方式。

教诚实。

用户:2031 年的诺贝尔物理学奖得主是谁?
助手:我的知识有截止日期,无法知道 2031 年的情况。你可以查阅诺贝尔奖官网。

这类数据教模型承认边界,第十章讲过它为什么重要、以及为什么对齐有时会把它推回去。

三条例子都很短,但每一条都是人写或人审的。高质量的微调集常常只有一两万条,每条都经过多轮修改。「质量远胜于数量」在这一步是字面意义的。

第三阶段:对齐

第三阶段解决这两个问题,方法是不再给模型「标准答案」,而是给它「偏好」。

做法是这样的:让模型对同一个问题生成几个回答,请人来排序,哪个更有帮助、更诚实、更无害。收集几十万条这样的排序,训练一个奖励模型,让它学会像人一样给回答打分。然后用第三章的强化学习:让语言模型不断生成回答,奖励模型打分,分高的行为被强化。这叫从人类反馈中强化学习(RLHF),2022 年的 ChatGPT 是它的第一个大规模成功。

对齐的三个目标常被概括为「有帮助、诚实、无害」。这三者之间有张力:一个永远拒绝的模型很无害但毫无帮助,一个百分之百顺从的模型很有帮助但可能有害。对齐做的就是在张力之间找到人类偏好的位置,而「人类偏好」由谁定义、标注者是谁、他们的价值观是否有代表性,是这个阶段最受争议的问题。

RLHF 有效,但难做。它需要训练并维护一个单独的奖励模型;强化学习本身不稳定,超参数很敏感;模型还会学会「讨好」奖励模型而不是真的变好,比如写得更长、更啰嗦、更爱用「当然可以!」开头,因为标注者曾经无意中偏爱这样的回答。这种现象叫奖励破解,是所有基于奖励的训练的通病,第三章的强化学习里就有它的影子。

2023 年提出的直接偏好优化(DPO)绕开了奖励模型和强化学习:它把「人类偏好 A 胜过 B」直接写成一个损失函数,用普通的梯度下降就能优化,数学上可以证明与 RLHF 的目标等价。它简单、稳定、便宜,迅速成为开源社区的标准做法。前沿实验室则往往两者并用,并加上更多变体。

无论哪种方法,有一件事值得记住:对齐不是给模型装一个「道德模块」,而是继续用数据塑造它的概率分布。一个对齐过的模型仍然是第七章定义的那个概率分布,只是分布的形状被人类偏好推向了某个方向。它可以被推回去(越狱),也可能在训练数据没覆盖的角落表现得和预期不同。

对齐把「人类偏好」写进了模型,但「人类」是谁?

标注者通常是外包的众包工人或专门团队,有自己的文化背景、语言、教育程度和价值观。他们的偏好决定了模型认为什么是「有帮助」、什么该拒绝、用什么语气说话。一个在某种文化下训练的模型,在另一种文化的用户看来可能过于直接、过于谨慎、或者在敏感话题上立场偏向。

实验室的应对包括:写出明确的原则文档让标注者和模型遵循(有的实验室公开了这类文档),用多元背景的标注团队,让模型按用户所在地区和语境调整,以及一些让用户群体直接参与制定规则的实验。但根本的张力仍在:一个全球使用的模型,不可能同时符合所有人的偏好;而选择偏向哪边,是一个由少数公司做出的、影响数亿人的决定。

对读者的含义:模型的「性格」不是自然属性,是被设计的。当它拒绝一个请求、或者在一个争议话题上表现出某种倾向时,那是训练的结果,可以被追问「为什么」,也应该被追问。

涌现:规模跨过门槛之后

三个阶段解释了「怎么造」。但有一个现象它们解释不了。

研究者在 2020 年前后注意到,把同一个架构从十亿参数放大到千亿参数,某些能力不是平缓地变好,而是从「完全不会」跳到「突然会了」。三位数加法、多步推理、把指令翻译成代码,在小模型上准确率接近零,跨过某个规模后陡然上升。这叫涌现

最重要的涌现能力是上下文学习:不需要任何训练,只要在提示里给几个例子,模型就能在当场学会一个新任务。「把下面的句子翻译成文言文:例一……例二……现在翻译:」,模型照做了。这件事在 2020 年的 GPT-3 上被第一次系统地展示,它意味着一个模型可以做训练时没人为它设计过的任务。

涌现有争议。2023 年有研究指出,一些「突变」是评估指标造成的假象:如果用「完全正确才算对」来打分,能力看起来会突变;换成连续的打分,曲线就是平滑的。但即使曲线是平滑的,「大到某个程度后能做以前做不了的事」这个事实没有变,它是过去六年整个行业押注「更大」的理由。

推理模型:让它先想一想

2022 年的另一个发现看起来像个小技巧:在提示里加一句「让我们一步一步思考」,模型在数学和逻辑题上的准确率大幅提高。原因在第八章的结尾:模型每次只预测一个 token,没有内部的「草稿纸」。让它把中间步骤写出来,等于把草稿纸放进了上下文,每一步都可以看到前面的步骤。这叫思维链

先在草稿纸上写步骤,再作答。
先在草稿纸上写步骤,再作答。

2024 年起,这个技巧被做进了训练:用强化学习专门奖励「先写出推理过程、再给答案,而且答案正确」的行为,模型学会了在回答前自发地生成几百到几万个 token 的思考,试错、回退、验证,然后才给出结论。这类模型叫推理模型。它们在数学竞赛、编程和科学问题上的表现跃升了一个台阶,代价是慢和贵:一个需要思考一分钟的回答,成本可能是即时回答的几十倍。

推理模型意味着一个观念的转变:以前提高能力靠训练时的算力(更大的模型),现在也可以靠推理时的算力(更长的思考)。「想久一点」成了一个可以花钱买的旋钮。

模型越大越强,但也越贵。混合专家(MoE)架构在这两者之间找到一个巧妙的位置。

第八章说过,Transformer 模块里的前馈网络存着大部分参数。MoE 把每个前馈网络换成几十个并列的小网络(「专家」),前面加一个路由器,对每个 token 只挑其中两三个专家来计算。于是模型的总参数可以很大(几千亿、上万亿),而处理每个 token 实际用到的参数只有几百亿。训练和推理的算力按「激活参数」算,容量却按「总参数」算。

这个想法 1990 年代就有,2017 年被用在超大规模的翻译模型上,2023 年底开始进入主流开源模型,2024 年底一个总参数六千七百亿、激活参数三百七十亿的开源模型以极低的训练成本达到前沿水平,让 MoE 成为此后大多数大模型的默认选择。路由器怎样学会「哪个 token 该找哪个专家」、专家之间怎样避免负载不均,是这条路线上主要的工程难题。

对使用者的含义是:模型的「参数量」这个数字变得不那么直观了。一个「六千亿参数」的 MoE 模型,运行成本可能低于一个「七百亿参数」的稠密模型。看参数量时,要问一句是总参数还是激活参数。

第一章提过「开源」和「开放权重」的区别,这里补充它们在训练阶段的含义,以及一个重要的相关技术。

一个完全开源的模型会公开训练代码、数据配方(至少是数据来源和过滤规则)、训练日志和权重,任何有算力的人都能复现。这样的模型很少,因为数据配方是核心资产,而且公开数据来源会带来版权风险。绝大多数「开源模型」是开放权重:给你训练好的参数和推理代码,附一份许可证规定能否商用。许可证的差别很大,从几乎无限制到「月活超过某个数就要另谈」。

开放权重最大的价值是可以微调:在自己的数据上继续训练,得到一个懂你的领域的模型,成本只是预训练的千分之一。学校可以用本校的教学材料微调一个助教,医院可以用脱敏病历微调一个辅助系统。这是「AI 民主化」最实际的形式。

蒸馏是另一条路:让一个小模型学习大模型的输出,把大模型的能力「压」进小模型。小模型看不到大模型的参数,只看它对大量问题的回答(或概率分布),然后模仿。蒸馏出的小模型可以在手机上跑,能力接近大模型的一部分。它也引发了争议:用别家闭源模型的输出来训练自己的模型,是否违反服务条款?2025 年的几起纠纷就源于此。技术上它很简单,商业上它是一道边界。

带走一句话

预训练教模型语言和世界,微调教它对话的形式,对齐用人类偏好推动它的行为。规模跨过门槛后会出现新能力,让它把思考过程写出来能显著提高可靠性。它自始至终仍然是一个概率分布,只是这个分布被三个阶段精心塑造过。

自测先自己想,再点开答案
  1. 一个只做过预训练的基础模型,为什么被问问题时可能反问你另一个问题?

    答案

    它学的是「续写」而不是「回答」。在训练文本里,一个问题后面最常出现的往往是另一个问题(习题、清单)。要让它以回答的形式续写,需要监督微调教它对话的格式。

  2. 监督微调和对齐都在预训练之后进行,它们各自解决什么问题,用的数据有什么不同?

    答案

    微调用「问题加标准回答」的示范数据,教模型对话的格式和风格。对齐用「几个回答之间的偏好排序」,让模型学会在没有标准答案的情况下按人类偏好取舍,包括拒绝有害请求。

  3. 「让我们一步一步思考」为什么会提高准确率?它和推理模型的关系是什么?

    答案

    模型每次只预测一个 token,没有内部草稿纸;把步骤写进上下文,每一步都能看到前面的结果,相当于给它一张草稿纸。推理模型把这种行为训练成了模型的默认习惯,并用强化学习奖励正确的推理过程。

  4. 一个总参数 6000 亿、激活参数 370 亿的 MoE 模型,运行时的算力消耗接近哪一种稠密模型?

    答案

    接近 370 亿参数的稠密模型,因为每个 token 只经过被路由器选中的少数专家。总参数决定它「知道多少」,激活参数决定它「每次算多少」。

本章术语

预训练Pre-training

三阶段训练的第一阶段,也是最贵的:在几万亿 token 的文本上预测下一个 token,用几万块 GPU 跑几个月。看似平淡的任务逼出了语言、知识与推理能力。产物是基础模型。

基础模型Base model

只经过预训练的模型:懂语言与世界,但只会续写,不会对话。问它问题,它可能续写出另一个问题。需要监督微调与对齐才能成为助手。

监督微调Supervised Fine-Tuning, SFT

用几万到几十万条高质量「问题 + 回答」示范继续训练基础模型,教它对话的格式与风格。改变的主要是形式而非知识,数据质量远比数量重要。

对齐Alignment

用人类偏好(对几个回答的排序)而非标准答案训练模型,使其更有帮助、更诚实、更无害。三者有张力,「偏好由谁定义」是最受争议的问题。它不是给模型装道德模块,而是继续塑造概率分布,因此可以被推回去(越狱)。

RLHFReinforcement Learning from Human Feedback

从人类反馈中强化学习:用人类排序训练一个奖励模型,再用强化学习让语言模型生成得分更高的回答。2022 年 ChatGPT 的关键技术。难点:奖励模型可被「讨好」(奖励破解),训练不稳定。

DPODirect Preference Optimization

直接偏好优化:把「回答 A 胜过 B」直接写成损失函数,用梯度下降优化,绕开奖励模型与强化学习。与 RLHF 目标等价而更简单稳定,是开源社区的标准做法。

涌现Emergent abilities

模型规模跨过某个门槛后,某些能力从「完全不会」跳到「突然会了」,如多步推理、上下文学习。是否真是突变有争议(可能是评估指标造成的假象),但「大到某个程度后能做以前做不了的事」是行业押注规模的理由。

思维链Chain of Thought, CoT

让模型把中间推理步骤写出来再给答案。因为模型每步只预测一个 token、没有内部草稿纸,把步骤写进上下文相当于提供草稿纸,在数学与逻辑题上显著提高准确率。推理模型把它训练成默认习惯。

推理模型Reasoning model

用强化学习专门奖励「先写推理过程、答案正确」而训练出的模型,回答前自发生成几百到几万 token 的思考。数学、编程、科学问题上跃升一个台阶,代价是慢与贵。它意味着能力可以靠推理时的算力购买。

混合专家Mixture of Experts, MoE

把前馈网络换成几十个并列的「专家」,由路由器为每个 token 只挑两三个计算。总参数可以很大,每次激活的参数很小,训练与推理成本按激活参数算。2024 年底起成为大模型默认选择。