本视觉指南旨在揭开混合专家(Mixture of Experts, MoE)在大语言模型(LLM)中的神秘面纱,通过超过 50 张可视化图表,系统性地解释这一重要组件。文章首先从 LLM 的基础——前馈神经网络(FFNN)入手,指出传统 FFNN 是稠密模型,所有参数都会激活,而 MoE 则采用稀疏激活的方式,仅使用部分参数,从而在扩大模型规模的同时控制计算成本。
MoE 由两大核心组件构成:专家(Experts)和路由器(Router)或门控网络。每个专家本身通常是一个 FFNN 子模型,并非专注于“心理学”或“生物学”等特定领域,而是更倾向于学习词级别的句法信息,即在特定上下文中处理特定 token 的能力。路由器则负责决定哪些 token 被发送到哪些专家。
文章详细解释了专家的架构:在解码器块中,原本的单个 FFNN 被替换为多个 FFNN(即专家),不同 token 可能选择不同的专家,从而形成不同的计算路径。路由机制部分介绍了门控网络如何通过 SoftMax 输出概率分布来选择专家,以及如何将专家输出与门控值相乘并求和。
由于简单路由容易导致某些专家被过度选择而另一些训练不足,文章讨论了负载均衡问题,并介绍了 KeepTopK 策略(通过添加可训练的高斯噪声并保留 top-k 专家)和 Token Choice 方法(Top-1 或 Top-k 路由)。同时,辅助损失(load balancing loss)通过计算重要性分数的变异系数(CV)来约束专家重要性均衡。专家容量(Expert Capacity)则限制每个专家能处理的 token 数量,超出部分会溢出到下一层。
文章还介绍了 Switch Transformer,它用切换层(Switching Layer)替换传统 FFNN,采用 Top-1 路由,并引入容量因子和简化的辅助损失,提高了训练稳定性。最后探讨了 MoE 在视觉模型中的应用,如 V-MoE 将 ViT 中的稠密 FFNN 替换为稀疏 MoE,使用批量优先级路由(Batch Priority Routing)处理图像块;Soft-MoE 则通过混合图像块实现从离散到软分配。