【DeepSeek系列】05 DeepSeek核心算法改进点总结

一、DeepSeek概要

2024年～2025年初，DeepSeek 相继推出了其推理大模型系列：DeepSeek-V2、DeepSeek-V3、DeepSeek-R1-Zero 和 DeepSeek-R1。由于其卓越的性能，以及超高的性价比，让DeepSeek在2025年初迅速风靡全球，被外媒称为“来自东方神秘的力量”。

二、4个重要改进点

2.1 多头潜在注意力

核心思想：通过低秩压缩技术，将Key和Value映射到一个低维的潜在空间，从而减少KV缓存的大小，显著提高了推理效率。

具体步骤：（优化注意力机制模块）

• 低秩压缩：将输入的隐藏状态通过一个下投影矩阵映射到低维的潜在空间，生成压缩后的潜在向量。
• 生成Key和Value：从潜在向量中通过上投影矩阵恢复出Key和Value。
• 应用RoPE：在生成的Key上应用旋转位置编码（RoPE），以保留位置信息。
• 计算注意力：将压缩后的Key和Value与查询（Query）结合，通过标准的注意力公式计算注意力输出。
• 输出：将注意力输出通过一个输出投影矩阵映射回原始维度。
  

2.2 混合专家模型MoE

核心思想：是一种基于混合专家（MoE）架构的前馈网络（FFN），其核心思想是，让不同的Token由不同的“专家”处理，大幅提升计算效率。它结合了负载均衡策略，旨在减少因负载均衡而导致的模型性能下降，同时保持高效的计算资源利用。

具体结构：

• 共享专家：模型中包含一定数量的共享专家，这些专家对所有token开放，适用于通用任务。
• 路由专家：每个token根据其输入动态选择一定数量的路由专家进行计算，专门处理某些类别的信息。
• Router：即路由，类似于门控，其决定哪些专家参与计算；每个token激活的路由专家数量由超参数控制，确保计算效率和负载均衡。
  

2.3 多Token预测

核心思想：扩展了传统的单Token预测任务，允许模型在每个位置预测多个未来的Token。这一方法提高了模型推理过程中的预测效率，同时也增强了模型对未来Token的预测能力。

具体步骤：

• 模块化设计：MTP通过多个模块实现，每个模块负责预测一个额外的Token。这些模块共享嵌入层和输出头，但各自包含一个Transformer块和一个投影矩阵。
• 因果链保持：在每个预测深度，MTP模块保持完整的因果链，确保预测的Token不会影响之前的预测。
• 训练目标：对于每个预测深度，MTP计算一个交叉熵损失，并将这些损失平均后乘以一个权重因子，作为整体的MTP损失。
• 推理优化：在推理阶段，MTP模块可以被丢弃，主模型可以独立运行，或者MTP模块可以用于推测解码以加速生成。

3.4 GRPO强化学习策略

核心思想：通过组内相对奖励来优化策略模型，而不是依赖传统的批评模型（critic model）。具体来说，GRPO 会在每个状态下采样一组动作，然后根据这些动作的相对表现来调整策略，而不是依赖一个单独的价值网络来估计每个动作的价值。

具体步骤：

• 采样动作组：对于每个输入提示，模型根据当前策略生成一组不同的输出。这些输出的多样性为后续的相对奖励计算提供了基础。
• 奖励评估：使用奖励模型对每个输出进行评分，这些评分可以基于任务的特定标准，如数学题的正确性、代码的可运行性等。核心点在于：使用的奖励模型是一个基于规则的奖励系统（准确性奖励+格式奖励），而不是一个预训练的深度学习模型。显著降低了计算和存储需求，提高了训练效率。
• 计算相对优势：将每个输出的奖励值进行归一化处理，得到相对优势。通过组内相对优势的计算，GRPO 减少了策略更新的方差，确保了更稳定的学习过程。
• KL散度：最后，使用相对优势更新策略；GRPO 引入了KL散度约束，能够更精细地控制策略更新的幅度，保持策略分布的稳定性。
  

三、2个重要思考

3.1 大规模强化学习

在后训练阶段，不一定需要用SFT作为初始步骤，通过纯强化学习的方式，也能到达不错的推理性能，DeepSeek-R1-Zero首次验证了这一路径。

• 直接在基础模型上应用 RL，而不依赖于有监督的微调（SFT）作为初步步骤。这种方法允许模型探索解决复杂问题的链式思考（CoT），从而开发出 DeepSeek-R1-Zero。DeepSeek-R1-Zero 展示了自我验证、反思和生成长链式思考的能力，这标志着研究社区的一个重要里程碑。值得注意的是，这是首次公开研究验证 LLMs 的推理能力可以通过纯 RL 激励，而无需 SFT。这一突破为该领域的未来发展铺平了道路。
• DeepSeek-R1 训练流程：该流程包含两个 RL 阶段，旨在发现改进的推理模式并与人类偏好对齐，以及两个 SFT 阶段，作为模型推理和非推理能力的种子。我们相信这一流程将有助于行业开发更好的模型。

3.2 蒸馏方法：小模型也可以很强大

大型模型的推理模式可以被蒸馏到小模型中，其表现优于通过在小模型上应用 RL 的效果。

• 证明了大型模型的推理模式可以被蒸馏到小模型中，其表现优于通过在小模型上应用 RL 发现的推理模式。开源的 DeepSeek-R1 及其 API 将有助于研究社区在未来蒸馏出更好的小模型。
• 使用 DeepSeek-R1 生成的推理数据，我们微调了研究社区广泛使用的几种密集模型。评估结果表明，蒸馏后的小型密集模型在基准测试中表现出色。例如，DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B 在 AIME 2024 上达到了 55.5%，超过了 QwQ-32B-Preview。此外，DeepSeek-R1-Distill-Qwen-32B 在 AIME 2024 上达到了 72.6%，在 MATH-500 上达到了 94.3%，在 LiveCodeBench 上达到了 57.2%。这些结果显著优于之前的开源模型，并且与 o1-mini 相当。我们开源了基于 Qwen2.5 和 Llama3 系列的 1.5B、7B、8B、14B、32B 和 70B 检查点，供社区使用。