Исследователи Лаборатории социальной и когнитивной информатики НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург под руководством Сергея Кольцова научились уменьшать размер нейронных сетей быстро и без потери качества благодаря методам статистической физики.
Современные нейронные сети становятся все мощнее, однако их рост создает серьезные ограничения. Модели вроде GPT содержат десятки и сотни миллиардов параметров — чисел, через которые проходит информация при обработке запроса. Но вместе с качеством увеличивается стоимость создания и использования ИИ.
«Крупнейшие модели требуют сотен гигабайт памяти: это создает экономический барьер и ограничивает доступ к технологиям, — пояснил руководитель исследования Сергей Кольцов. — Мы решили проанализировать поведение нейронной сети во время сжатия и сопоставить его с известными функциями из статистической физики».
Проблема сжатия особенно актуальна там, где данные нельзя передавать во внешние облачные сервисы. Банки работают в закрытых контурах, медицинские учреждения защищают информацию о пациентах, государственные организации не могут делиться конфиденциальными сведениями. Всем им нужны эффективные, но компактные решения, способные работать на локальном оборудовании — от сервера в собственном дата-центре до обычного ноутбука врача.
Существующие методы сжатия нейросетей основаны на простой идее: не все параметры модели одинаково важны для ее работы. Некоторые можно удалить практически без последствий. Сложность в том, чтобы понять, какие именно. Классический подход требует проводить множество экспериментов, постепенно изменяя степень сжатия и каждый раз проверяя точность работы модели. Это занимает большое количество времени.
«Наша точка зрения позволяет посмотреть на нейронную сеть как на статистическую систему. Это раздел науки, изучающий поведение объектов с огромным числом элементов: от молекул газа до магнитных материалов. Нейронная сеть с миллиардами параметров оказалась похожа на такие структуры. В точках экстремума — максимума или минимума — модель сохраняет оптимальное соотношение между размером и качеством работы. То есть мы доказали, что этот подход позволяет ускорить поиск оптимального количества алгоритмов в сотни раз», — рассказал профессор департамента информатики НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург.
Исследовательская группа из четырех человек — трое российских ученых и специалист из Индии — работала над проектом с начала 2025 года. Результаты работы опубликованы в журнале Physica A: Statistical Mechanics and its Applications.
Важно было проверить универсальность метода. Эксперименты проводились на моделях среднего размера — от семи до десяти миллиардов параметров. Это те системы, которые можно запустить на мощном ноутбуке или небольшом сервере. Именно такие решения нужны медицинским ассистентам, корпоративным аналитическим системам, локальным сервисам обработки данных.
«Мы тестировали гипотезу на моделях разного масштаба и назначения — от обработки текстов до распознавания изображений, — пояснил Кольцов. — Метод показал свою эффективность на разных архитектурах. Где-то лучше, где-то чуть хуже, но главное — он работал, и работал быстро. В зависимости от модели ускорение составило от десяти до пятисот раз по сравнению с традиционным подходом».
Метод уже доступен для использования. Любой разработчик или исследователь может применить описанный подход к своим моделям. Это особенно актуально для компаний и организаций, которые запускают нейросети на собственном оборудовании с ограниченными ресурсами.
Сейчас ученые продолжают работу, оптимизируя количество нейронов в каждом слое сети. Далее планируется сократить число блоков в архитектуре модели. Сколько их нужно для оптимальной работы — вопрос, на который сегодня нет четкого ответа. «Если научиться определять оптимальное количество блоков до начала обучения модели, экономия будет колоссальной. Это наша следующая цель», — отметил ведущий научный сотрудник Лаборатории социальной и когнитивной информатики.