演算精度(FP8・FP4)とは FP4はFP16よりメモリを約3.5分の1に、エヌビディアの説明
演算精度は、1つの数を表すビット数のことで、少ないほど速く安く計算できます。エヌビディアは、4ビットの形式「NVFP4」はモデルのメモリをFP16の約3.5分の1、FP8の約1.8分の1にすると説明しています。
- 演算精度は、1つの数を何ビットで表すかの違いです。FP8は8ビット、FP4は4ビットの浮動小数点の形式です。
- ビットを半分にすると、メモリの量が減り、同じ回路で2倍ほどの計算ができます。
- エヌビディアのNVFP4は、16個の数ごとに8ビットの倍率を持たせ、1つあたり4.5ビットで表します。
- DeepSeek-R1をFP8からNVFP4にした試験で、主な成績の低下は1%以内だったとしています。
演算精度は、コンピューターが1つの数を何ビットで表して計算するかを示す言葉です。科学技術の計算では64ビット(FP64)や32ビット(FP32)を使いますが、AIの計算はそこまで細かい数を必要としない部分が多く、16ビット、8ビット、4ビットへと精度を下げる工夫が進んできました。
仕組み 符号・指数・仮数に分ける
浮動小数点の数は、正か負かを表す「符号」、桁の位置を表す「指数」、数字の並びを表す「仮数」の3つに分けてビットを割り当てます。ビットが少ないほど、表せる数の細かさと範囲が狭くなります。
| 形式 | ビット数 | 内訳(符号・指数・仮数) | 主な使い道 |
|---|---|---|---|
| FP32 | 32 | 1・8・23 | 科学計算、学習の一部 |
| BF16 | 16 | 1・8・7 | 学習 |
| FP8(E4M3) | 8 | 1・4・3 | 学習と推論 |
| FP4(E2M1) | 4 | 1・2・1 | 推論 |
4ビットのE2M1で表せる値は、およそマイナス6からプラス6の範囲に限られます。そこでエヌビディアのNVFP4は、16個の数をひとまとまりにして、まとまりごとに8ビット(E4M3)の倍率を、データ全体にも32ビットの倍率を1つ持たせます。倍率の分を含めると、1つの数あたり4.5ビットの計算です。
メモリと計算の量が変わる
エヌビディアは2025年6月24日の技術ブログで、NVFP4はモデルのメモリの量をFP16の約3.5分の1、FP8の約1.8分の1にすると説明しました。DeepSeek-R1-0528をFP8からNVFP4に変えた試験では、主な言語の課題での成績の低下が1%以内でした。NVFP4は同社のBlackwell世代のGPUの回路が扱います。
計算の速さも精度で変わります。エヌビディアのDGX B200(GPU8基)の公表値は、疎の条件でFP8が72ペタFLOPS、FP4が144ペタFLOPSで、FP4はFP8の2倍です(計算)。マイクロソフトの推論用チップMaia 200も、FP4で10ペタFLOPS超、FP8で5ペタFLOPS超としています。グーグルは第7世代TPUのIronwoodの性能を、FP8で1チップあたり4614テラFLOPSと示しています。精度を下げた計算への対応は、各社のAI向けチップに共通する設計です。
関連する用語
- 量子化:学習を終えたモデルの数値を、少ないビットの形式に直すこと。
- FLOPS:1秒あたりの浮動小数点の計算回数。精度ごとに値が違います。
- 混合精度:計算の部分ごとに、高い精度と低い精度を使い分けるやり方。
エヌビディアはFP8について、Hopper世代とBlackwell世代のGPUが扱えるとしています。
この記事は公開資料をもとに作成しています。売買をすすめるものではありません。誤りを見つけたら訂正します(編集方針)。
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