Transformer 之后,AI 到底在进步什么?

摘要从 Transformer 的长期主导地位出发,梳理近年 AI 在 Scaling、数据、训练、MoE、FlashAttention、推理阶段计算和 Mamba 等方向上的真实进步。

人工智能大语言模型TransformerScalingMamba

最近看到一张很有意思的梗图,大意如下:

AI then 与 AI now:过去强调多种模型与理论创新,现在则围绕 Transformer 持续扩大数据、算力和模型规模
AI then 与 AI now:过去强调多种模型与理论创新,现在则围绕 Transformer 持续扩大数据、算力和模型规模

这当然是一张梗图,但它之所以好笑,是因为确实抓住了过去几年 AI 发展的一个特点:

如果讨论的是大语言模型的主干架构,这张图的讽刺相当准确;但如果因此得出“AI 已经没有新的底层技术”,又有些过头。

最关键的一点是:2017 年 Transformer 出来以后,到现在确实没有再出现一次类似 “RNN/CNN → Transformer” 这种统治级的架构替换。

Transformer 当时带来了一次很底层的变化:它直接用 self-attention 处理序列中不同位置之间的关系,不再依赖 RNN 那种按顺序逐步传递信息的方式。[1]

Transformer / Self-Attention 是什么

Transformer 是一种神经网络架构。Self-Attention 是它的核心机制之一,可以让模型直接判断一段内容中不同位置之间的关系。现在绝大多数主流大语言模型仍然建立在 Transformer 体系上。

此后的前沿大语言模型,大体可以理解成:

Transformer

  • 更多、更好的数据
  • 更大的计算量
  • 更好的训练方法
  • 更高效的模型结构
  • 更多推理阶段的计算
  • 工具调用

而不是“Transformer → 一个完全不同的新理论 → 下一代 AI”。

这张图“对”在哪里

如果回头看 2000 年前后的机器学习,会看到很多差异非常大的技术路线:

  • SVM / Kernel Method
  • Gaussian Process
  • Bayesian Network
  • HMM
  • Decision Tree
  • Boosting
  • Graphical Model
  • Neural Network

它们的建模假设、数学形式,甚至训练方法都可能完全不同。

而今天看很多公开的大模型,会发现主干非常相似。

以 DeepSeek-V3 为例,它当然有很多创新,但仍然建立在 Transformer 体系上,主要变化可以概括成:

Transformer + MoE + MLA + Multi-Token Prediction + 训练工程优化

DeepSeek-V3 有 671B 总参数,但每个 token 实际只激活约 37B 参数。本质上,是通过 MoE 把“模型总规模”和“每次真正参与计算的规模”拆开;MLA 则主要用于降低推理阶段的缓存和计算成本。[2]

MoE (Mixture of Experts)

可以理解成一个模型内部有很多“专家模块”,但每次处理一个 token 时,只调用其中一部分。这样可以把模型做得很大,又不必每次把全部参数都计算一遍。

MLA (Multi-head Latent Attention)

DeepSeek 使用的一种 Attention 改进方法,主要目标是压缩推理时需要保存的中间信息,从而减少显存和计算开销。

所以,如果把 2017 年之后的技术路线画出来,更接近下面这样:

TEXT
Transformer
    │
    ├── Scaling
    ├── MoE
    ├── RoPE / GQA / MLA
    ├── FlashAttention
    ├── Better Data
    ├── RLHF / DPO / RL
    ├── Long Context
    ├── Test-time Compute
    └── Tool Use

这比假设 2020、2023、2026 年各自出现了一个全新主干架构更符合实际。

“Scale”本身,可能就是这一轮 AI 最大的发现之一

这一点反而经常被低估。

2020 年的 Scaling Laws 工作发现,在相当大的范围内,语言模型的效果和参数量、数据量、计算量之间存在比较稳定的关系。[3]

也就是说,不一定要先发明一种新的算法,仅仅把已有方法按正确的比例扩大,性能就可能比较稳定地继续提高。 与此同时,后训练方法也取得了很大进展。

Scaling Laws

研究模型规模、训练数据、计算量和模型效果之间的关系。它最重要的意义不是“模型越大越好”,而是说明这些投入和最终效果之间存在一定规律,可以被估计,而不是完全靠试错。

后来 Chinchilla 又发现,很多大模型的问题不是参数不够,而是训练数据不够。

于是重点从“模型越大越好”,慢慢变成了“模型大小 × 数据量 × 训练计算量需要合理配比”。

70B 参数的 Chinchilla,在相近训练计算量下,可以超过当时 280B 参数的 Gopher。[4]

这其实非常反直觉。

过去更习惯的一条路线是:

发明一个更聪明的算法 → 提升性能

到了大语言模型时代,开始出现另一种路线:

找到一个足够通用的架构 → 把数据和算力扩大几个数量级 → 能力继续增长

所以那张图里的 it worked somehow 虽然是调侃,但确实说中了一个很特别的现象。

“只是把 Transformer 变大”也不完全准确

过去几年出现了不少很重要的技术,只是它们没有改变主干架构。

FlashAttention 就是一个典型例子。[5]

FlashAttention

一种更高效地计算 Attention 的方法。它主要减少 GPU 在显存和高速缓存之间来回搬运数据的次数,因此可以提高速度、减少显存占用。

它更像是“把同一个公式算得更聪明”,而不是发明一个新的公式。

它没有改变 Attention 最终要计算的数学结果,而是重新设计了 GPU 处理 Attention 时的数据读取和计算过程。

简单来说:

TEXT
Mathematics: Attention is still Attention
Implementation: redesign how the computation moves and processes data

这类技术非常重要,但它属于计算机系统层面的底层优化,而不是机器学习理论层面的架构替换。

MoE 也是类似的情况。

普通 Transformer:

TEXT
token
  ↓
entire FFN

MoE:

TEXT
token
  ↓
Router
 ├→ Expert 3
 └→ Expert 17

于是就可能出现“总参数 600B,实际激活 30B”:模型可以拥有很大的总参数量,但每个 token 不需要跑完整个模型。

Switch Transformer 很早就系统展示了这种稀疏 MoE 的扩展能力。[6]

如果按“有没有改变基础范式”来判断,这类技术更接近对 Transformer 的重大改造,而不是新的 AI 基础范式。

所以说 AI 这些年“没有创新”显然不对。

更准确的说法应该是:

创新很多,但很长时间没有出现一次能够替代 Transformer 主干地位的架构革命。

真正值得注意的变化,是推理阶段也开始 Scaling

2024 年以后,一个越来越明显的变化,是 Scaling 不再只发生在训练阶段。

以前的路线是“更多 GPU → 训练更大的模型 → 模型更强”。现在又增加了一条:“同一个模型 → 回答问题时计算更久 → 进行更多搜索、验证和推导 → 答案更好”。

OpenAI 在介绍 o1 时公开描述过这个现象:随着强化学习训练计算量增加,以及模型在推理阶段使用更多计算,模型的表现都会继续提高。[7]

DeepSeek-R1 则进一步展示了类似结果:R1-Zero 通过强化学习,可以逐渐形成更长的推理过程,并在复杂问题上使用更多推理计算。[8]

Test-time Compute / 推理阶段计算

指模型已经训练完成以后,在真正回答一个问题时愿意投入多少计算资源。

过去通常更重视“把模型训练得更大”,现在则开始重视“同一个模型面对难题时,能不能多算一会儿”。

因此,现在的 Scaling 大致可以分成四层:参数规模、训练数据、训练计算量和推理计算量。

这个变化可能比单纯把模型从 70B 做到 700B 更重要。

但如果问题是“这算新的底层神经网络理论吗?”,答案仍然是:不太算。

它更像是训练方法和模型使用方式发生了变化,而不是神经网络的基本结构被重新发明。

也有人真的在尝试替换 Transformer

最典型的一条路线是 Mamba / State Space Model。[9]

State Space Model / Mamba

一类不同于标准 Transformer Attention 的序列模型。它通过内部状态逐步保存和传递信息,一个重要优势是处理超长序列时,计算成本可以比标准 Attention 更低。

它不是对 Attention 做一点修改,而是真的采用了另一种处理序列的方式:

TEXT
Transformer: token ↔ token through Attention
Mamba: token → hidden state → hidden state

Mamba 的一个重要目标,就是降低 Attention 在长序列上的计算成本,使计算量可以随着序列长度近似线性增长。

到 2026 年,Mamba-3 还在继续沿着这条路线发展,引入新的状态更新和多输入多输出机制。[10]

如果按“是否真正更换模型骨架”来判断,Mamba 更接近真正的底层架构创新。

问题是,它目前还没有像 Transformer 在 2017 年以后那样,把整个行业的主流路线替换掉。

所以至少到现在,Transformer 的主导地位依然非常强。

怎么评价这个梗图

如果简单打个分:

图中的观点 准确程度
现在 AI 很大程度依靠 Scaling 9/10
Transformer 很多年没有被根本替代 9/10
很多新模型本质上仍是 Transformer 改进版 8/10
现在没有算法创新 3/10
现在没有底层创新 5/10
AI 进步基本就是“堆 GPU” 6/10

更准确的描述应该是:

过去 8~9 年真正特别的地方,不是 AI 没有创新,而是 Transformer 这个基础架构异常耐用。大量最重要的进步发生在规模、数据、训练、推理和计算系统上,而不是不断更换神经网络的基础架构。

这也带来了一个更值得继续追问的问题:

我们现在到底是在接近 Transformer 的上限,还是无意中找到了一种可以沿用很多年的通用架构?

这件事现在还没有答案。

如果以后真的再出现一次 Transformer 级别的突破,它可能不会只是把 Attention 的公式改一改。

更大的变化,可能来自对现在几个基本假设的改变:

  • 固定参数模型:模型训练结束以后,核心参数基本不再变化。未来的模型是否仍然必须如此?
  • Context Window:现在模型主要依赖一次输入中的上下文来获得临时信息。未来是否会有更自然、更长期的记忆机制?
  • Token-by-token 推理:现在绝大多数语言模型仍然是一个 token 接一个 token 地生成结果。未来是否一定还要这样?

如果这些基本假设中的某一个被真正改掉,也许才会再次出现一次类似 2017 年的变化。

到那个时候,“AI then / AI now” 这张图,可能就真的要重新画了。