Transformers documentation
BitNet
该模型于 2025-04-16 在 HF papers 上发布，并于 2025-04-28 贡献至 Hugging Face Transformers。
BitNet
概述
该模型基于 4 万亿 token 的语料库进行训练，证明了原生 1-bit LLM 能够达到与同规模主流开放权重全精度模型相媲美的性能，同时在计算效率（内存、能耗、延迟）方面具有显著优势。
➡️ 技术报告： BitNet b1.58 2B4T 技术报告
➡️ 官方推理代码： microsoft/BitNet (bitnet.cpp)
模型变体
Hugging Face 上提供了多个版本的模型权重：
microsoft/bitnet-b1.58-2B-4T：包含针对高效推理优化的打包 1.58 位权重。部署时请使用此版本。microsoft/bitnet-b1.58-2B-4T-bf16：包含 BF16 格式的主权重。请仅将其用于训练或微调目的。microsoft/bitnet-b1.58-2B-4T-gguf：包含 GGUF 格式的模型权重，兼容bitnet.cpp库，可用于 CPU 推理。
模型详情
- Architecture: 基于 Transformer 架构，并采用
BitLinear层（BitNet 框架）。- 使用旋转位置嵌入（RoPE）。
- 在 FFN 层中使用平方 ReLU（ReLU²）激活函数。
- 采用
subln归一化。 - 线性层或归一化层中没有偏置项。
- Quantization: 原生 1.58 位权重和 8 位激活（W1.58A8）。
- 在前向传播过程中，权重使用 absmean 量化方法量化为三值 {-1, 0, +1}。
- 激活值使用 absmax 量化（按 token）量化为 8 位整数。
- 关键在于，该模型是从头开始使用这种量化方案进行训练的，而非在训练后进行量化。
- 参数：约 20 亿
- 训练 Token 数： 4 万亿
- Context Length: 最大序列长度为 4096 个 token。建议：对于需要超长上下文（超出预训练长度或用于专门的长推理任务）的任务，我们建议在最终微调阶段之前先进行中间阶段的长序列适配/训练，以获得最佳性能。.
- 建议：对于需要超长上下文的任务（超出预训练长度或针对专门的长推理任务），我们建议在最终微调阶段之前，先进行中间阶段的长序列适配/训练，以获得最佳性能。
- Training Stages:
- 预训练：在公开文本/代码和合成数学数据上进行大规模训练，采用两阶段学习率和权重衰减调度。
- 监督微调（SFT）： 在指令跟随和对话数据集上进行微调，使用 sum loss 聚合方式并针对特定超参数进行调优。
- 直接偏好优化（DPO）：使用偏好对与人类偏好进行对齐。
- 分词器：LLaMA 3 分词器（词表大小：128,256）。
使用技巧
关于效率的重要说明
请勿期望在使用标准 transformers 库运行此模型时，能在性能效率（如速度、延迟或能耗）方面获得提升。
transformers 当前的执行路径中不包含利用 BitNet 架构优势所需的专用且高度优化的计算内核。通过 transformers 运行该模型，在 CPU 和 GPU 上，其推理速度和能耗很可能与框架内标准全精度模型相当，甚至可能更差。
虽然你可能会观察到由于量化权重而导致的内存使用量减少，但通过这种标准的 transformers 使用路径，无法获得主要的计算效率优势。
要获得技术论文中展示的效率优势，您必须使用专用的 C++ 实现：bitnet.cpp。
要求
pip install transformers
示例
from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer
model_id = "microsoft/bitnet-b1.58-2B-4T"
# Load tokenizer and model
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_id)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
model_id,
device_map="auto")
# Apply the chat template
messages = [
{"role": "system", "content": "You are a helpful AI assistant."},
{"role": "user", "content": "How are you?"},
]
chat_input = tokenizer.apply_chat_template(messages, tokenize=True, add_generation_prompt=True, return_tensors="pt").to(model.device)
# Generate response
chat_outputs = model.generate(chat_input, max_new_tokens=50)
response = tokenizer.decode(chat_outputs[0][chat_input.shape[-1]:], skip_special_tokens=True) # Decode only the response part
print("\nAssistant Response:", response)BitNetConfig
class transformers.BitNetConfig
< source >( transformers_version: str | None = Nonearchitectures: list[str] | None = Noneoutput_hidden_states: bool | None = Falsereturn_dict: bool | None = Truedtype: str | torch.dtype | None = Nonechunk_size_feed_forward: int = 0is_encoder_decoder: bool = Falseid2label: dict[int, str] | dict[str, str] | None = Nonelabel2id: dict[str, int] | dict[str, str] | None = Noneproblem_type: Literal['regression', 'single_label_classification', 'multi_label_classification'] | None = Nonevocab_size: int = 128256hidden_size: int = 2560intermediate_size: int = 6912num_hidden_layers: int = 30num_attention_heads: int = 20num_key_value_heads: int | None = 5hidden_act: str = 'relu2'max_position_embeddings: int = 2048initializer_range: float = 0.02rms_norm_eps: float = 1e-05use_cache: bool = Truepad_token_id: int | None = Nonebos_token_id: int | None = 128000eos_token_id: int | list[int] | None = 128001tie_word_embeddings: bool = Falseattention_bias: bool = Falseattention_dropout: float | int | None = 0.0rope_parameters: transformers.modeling_rope_utils.RopeParameters | dict | None = None )
参数
- vocab_size (
int，可选，默认为128256) — 模型的词汇表大小。定义了input_ids可以表示的不同 token 数量。 - hidden_size (
int，可选，默认为2560) — 隐藏表示的维度。 - intermediate_size (
int，可选，默认为6912) — MLP 表示的维度。 - num_hidden_layers (
int，可选，默认为30) — Transformer 解码器中的隐藏层数量。 - num_attention_heads (
int，可选，默认为20) — Transformer 解码器中每个注意力层的注意力头数量。 - num_key_value_heads (
int, 可选，默认为5) — 这是用于实现 Grouped Query Attention 的 key_value 头数。如果num_key_value_heads=num_attention_heads，模型将使用 Multi Head Attention (MHA)；如果num_key_value_heads=1，模型将使用 Multi Query Attention (MQA)；否则将使用 GQA。在将多头检查点转换为 GQA 检查点时，每个组的 key 和 value 头应通过对该组内所有原始头进行平均池化来构建。更多详情请参阅 这篇论文。如果未指定，则默认为num_attention_heads。 - hidden_act (
str，可选，默认为relu2) — 解码器中的非线性激活函数（函数或字符串）。例如，"gelu"、"relu"、"silu"等。 - max_position_embeddings (
int，可选，默认为2048) — 该模型可能使用的最大序列长度。 - initializer_range (
float，可选，默认为0.02) — 用于初始化所有权重矩阵的 truncated_normal_initializer 的标准差。 - rms_norm_eps (
float，可选，默认为1e-05) — RMS 归一化层使用的 epsilon 值。 - use_cache (
bool，可选，默认为True) — 模型是否应返回最后一次键/值注意力（并非所有模型都使用）。仅当config.is_decoder=True或模型为仅解码器生成式模型时相关。 - pad_token_id (
int, 可选) — 词表中用于填充的 token id。 - bos_token_id (
int，可选，默认为128000) — 词汇表中用于表示流起始的 Token id。 - eos_token_id (
Union[int, list[int]]，可选，默认为128001) — 词汇表中用于表示流结束（end-of-stream）的 token id。 - tie_word_embeddings (
bool，可选，默认为False) — 是否根据模型的tied_weights_keys映射来绑定权重嵌入。 - attention_bias (
bool，可选，默认为False) — 在自注意力机制中，是否在 query、key、value 和 output 投影层中使用偏置。 - attention_dropout (
Union[float, int]，可选，默认为0.0) — 注意力概率的 dropout 比率。 - rope_parameters (
Union[~modeling_rope_utils.RopeParameters, dict], 可选) — 包含 RoPE 嵌入配置参数的字典。该字典应包含rope_theta的值，并且如果希望使用 RoPE 处理更长的max_position_embeddings，则可选地包含用于缩放的参数。
这是用于存储 BitNetModel 配置的类。它根据指定的参数实例化 Bitnet 模型，并定义模型架构。使用默认值实例化配置，将得到与 microsoft/bitnet-b1.58-2B-4T 类似的配置。
配置对象继承自 PreTrainedConfig，可用于控制模型输出。有关更多信息，请参阅 PreTrainedConfig 的文档。
>>> from transformers import BitNetModel, BitNetConfig
>>> # Initializing a BitNet style configuration
>>> configuration = BitNetConfig()
>>> # Initializing a model from the BitNet style configuration
>>> model = BitNetModel(configuration)
>>> # Accessing the model configuration
>>> configuration = model.configBitNetModel
class transformers.BitNetModel
< source >( config: BitNetConfig )
参数
- config (BitNetConfig) — 模型的配置类，包含模型的所有参数。使用配置文件进行初始化时，不会加载与模型关联的权重，仅加载配置。请查看 from_pretrained() 方法以加载模型权重。
未附加任何特定头部的裸 Bitnet 模型，直接输出原始隐藏状态。
该模型继承自 PreTrainedModel。请查阅父类文档，了解该库为所有模型实现的通用方法（例如下载或保存、调整输入嵌入大小、剪枝头等）。
该模型也是 PyTorch torch.nn.Module 的子类。 请将其作为常规的 PyTorch Module 使用，有关通用用法和行为的所有事项，请参阅 PyTorch 文档。
forward
< source >( input_ids: typing.Optional[torch.LongTensor] = Noneattention_mask: typing.Optional[torch.Tensor] = Noneposition_ids: typing.Optional[torch.LongTensor] = Nonepast_key_values: transformers.cache_utils.Cache | None = Noneinputs_embeds: typing.Optional[torch.Tensor] = Noneuse_cache: bool | None = None**kwargs: *<class 'transformers.utils.generic.TransformersKwargs'> ) → BaseModelOutputWithPast or tuple(torch.Tensor)
参数
- input_ids (
torch.LongTensor形状为(batch_size, sequence_length), ，可选) — 输入序列中各 token 在词汇表中的索引。默认情况下，填充（padding）将被忽略。可以使用 AutoTokenizer 获取索引。有关详细信息，请参阅 PreTrainedTokenizer.encode() 和 PreTrainedTokenizer.call()。
- attention_mask (
torch.Tensor形状为(batch_size, sequence_length), ，可选) — 用于避免对填充 token 索引执行注意力机制的掩码。掩码值取自[0, 1]:- 1 表示未被屏蔽的 token，
- 对于被掩码的 token，值为 0。
- position_ids (
torch.LongTensor形状为(batch_size, sequence_length), 可选) — 输入序列中每个 token 在位置嵌入中的位置索引。取值范围为[0, config.n_positions - 1]. - past_key_values (
~cache_utils.Cache, 可选) — 预计算的隐藏状态（自注意力块和交叉注意力块中的键和值），可用于加速顺序解码。这通常由past_key_values在解码的先前阶段返回，当use_cache=True或config.use_cache=True.仅允许将 Cache 实例作为输入，请参阅我们的 kv cache 指南。 如果未传入
past_key_values，则默认会初始化 DynamicCache。模型将输出与输入相同的缓存格式。
如果使用了
past_key_values，用户应仅输入未处理的input_ids（即未向该模型提供其过去键值状态的那些），其形状为(batch_size, unprocessed_length)，而不是形状为(batch_size, sequence_length)的全部input_ids。 - inputs_embeds（形状为
(batch_size, sequence_length, hidden_size)的torch.Tensor，可选） — 可选地，您可以选择直接传入嵌入表示，而不是传入input_ids。如果您希望对input_ids索引如何转换为相应向量拥有比模型内部嵌入查找矩阵更多的控制权，这将非常有用。 - use_cache (
bool，可选) — 如果设置为True，则会返回past_key_values键值状态，可用于加速解码（参见past_key_values）。
返回值
BaseModelOutputWithPast 或 tuple(torch.Tensor)
一个 BaseModelOutputWithPast 或 torch.Tensor 元组（如果传入了 return_dict=False 或 config.return_dict=False），其包含的元素取决于配置（BitNetConfig）和输入。
BitNetModel 的 forward 方法重写了 __call__ 特殊方法。
尽管前向传播的实现需要在此函数中定义，但之后应调用
Module实例，而不是直接调用此函数，因为前者会负责执行预处理和后处理步骤，而后者则会静默地忽略这些步骤。
last_hidden_state（形状为
(batch_size, sequence_length, hidden_size)的torch.Tensor）— 模型最后一层输出的隐藏状态序列。如果使用了
past_key_values，则仅输出形状为(batch_size, 1, hidden_size)的序列的最后一个隐藏状态。past_key_values（
Cache，可选，在传入use_cache=True或config.use_cache=True时返回）—— 它是一个 Cache 实例。更多详情，请参阅我们的 kv cache 指南。包含预计算的隐藏状态（自注意力块中的键和值，以及如果
config.is_encoder_decoder=True则还包括交叉注意力块中的键和值），可用于（参见past_key_values输入）加速顺序解码。hidden_states (
tuple(torch.Tensor)，可选，当传入output_hidden_states=True或config.output_hidden_states=True时返回) — 一个torch.Tensor元组（如果模型具有嵌入层，则包含嵌入层的输出，以及每一层的输出），形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)。模型在每一层输出处的隐藏状态，以及可选的初始嵌入输出。
attentions (
tuple(torch.Tensor)，可选，当传入output_attentions=True或config.output_attentions=True时返回) — 一个torch.Tensor元组（每层一个），形状为(batch_size, num_heads, sequence_length, sequence_length)。注意力权重，即经过注意力 softmax 之后的权重，用于在自注意力头中计算加权平均值。
BitNetForCausalLM
class transformers.BitNetForCausalLM
< source >( config: BitNetConfig )
参数
- config (BitNetConfig) — 模型的配置类，包含模型的所有参数。使用配置文件进行初始化时，不会加载与模型关联的权重，仅加载配置。请查看 from_pretrained() 方法以加载模型权重。
用于因果语言建模的 Bitnet 模型。
该模型继承自 PreTrainedModel。请查阅父类文档，了解该库为所有模型实现的通用方法（例如下载或保存、调整输入嵌入大小、剪枝头等）。
该模型也是 PyTorch torch.nn.Module 的子类。 请将其作为常规的 PyTorch Module 使用，有关通用用法和行为的所有事项，请参阅 PyTorch 文档。
forward
< source >( input_ids: typing.Optional[torch.LongTensor] = Noneattention_mask: typing.Optional[torch.Tensor] = Noneposition_ids: typing.Optional[torch.LongTensor] = Nonepast_key_values: transformers.cache_utils.Cache | None = Noneinputs_embeds: typing.Optional[torch.Tensor] = Nonelabels: typing.Optional[torch.LongTensor] = Noneuse_cache: bool | None = Nonelogits_to_keep: typing.Union[int, torch.Tensor] = 0**kwargs: *<class 'transformers.utils.generic.TransformersKwargs'> ) → CausalLMOutputWithPast or tuple(torch.Tensor)
参数
- input_ids (
torch.LongTensor形状为(batch_size, sequence_length), ，可选) — 输入序列中各 token 在词汇表中的索引。默认情况下，填充（padding）将被忽略。可以使用 AutoTokenizer 获取索引。有关详细信息，请参阅 PreTrainedTokenizer.encode() 和 PreTrainedTokenizer.call()。
- attention_mask (
torch.Tensor形状为(batch_size, sequence_length), ，可选) — 用于避免对填充 token 索引执行注意力机制的掩码。掩码值取自[0, 1]:- 1 表示未被屏蔽的 token，
- 对于被掩码的 token，值为 0。
- position_ids (
torch.LongTensor形状为(batch_size, sequence_length), 可选) — 输入序列中每个 token 在位置嵌入中的位置索引。取值范围为[0, config.n_positions - 1]. - past_key_values (
~cache_utils.Cache, 可选) — 预计算的隐藏状态（自注意力块和交叉注意力块中的键和值），可用于加速顺序解码。这通常由past_key_values在解码的先前阶段返回，当use_cache=True或config.use_cache=True.仅允许将 Cache 实例作为输入，请参阅我们的 kv cache 指南。 如果未传入
past_key_values，则默认会初始化 DynamicCache。模型将输出与输入相同的缓存格式。
如果使用了
past_key_values，用户应仅输入未处理的input_ids（即未向该模型提供其过去键值状态的那些），其形状为(batch_size, unprocessed_length)，而不是形状为(batch_size, sequence_length)的全部input_ids。 - inputs_embeds（形状为
(batch_size, sequence_length, hidden_size)的torch.Tensor，可选） — 可选地，您可以选择直接传入嵌入表示，而不是传入input_ids。如果您希望对input_ids索引如何转换为相应向量拥有比模型内部嵌入查找矩阵更多的控制权，这将非常有用。 - labels (
torch.LongTensor，形状为(batch_size, sequence_length)，可选) — 用于计算掩码语言建模损失的标签。索引值应在[0, transformers., config.vocab_size]范围内，或为 -100（参见input_ids的文档字符串）。索引值设为-100的 token 将被忽略（即被掩码），损失仅针对标签位于[0, transformers., config.vocab_size]范围内的 token 进行计算。 - use_cache (
bool，可选) — 如果设置为True，则会返回past_key_values键值状态，可用于加速解码（参见past_key_values）。 - logits_to_keep (
Union[int, torch.Tensor], 可选，默认为0) — 如果为int，则计算最后logits_to_keep个 token 的 logits。如果为0，则计算所有input_ids的 logits（特殊情况）。生成过程只需要最后一个 token 的 logits，仅针对该 token 进行计算可以节省内存，对于长序列或大词汇量而言，这种节省相当显著。 如果为torch.Tensor，则必须是一维张量，对应于序列长度维度中需要保留的索引。 这在使用打包张量格式（将批次和序列长度合并为单一维度）时非常有用。
返回值
CausalLMOutputWithPast 或 tuple(torch.Tensor)
一个 CausalLMOutputWithPast 或 torch.Tensor 元组（如果传入了 return_dict=False 或 config.return_dict=False），其包含的元素取决于配置（BitNetConfig）和输入。
BitNetForCausalLM 的 forward 方法重写了 __call__ 特殊方法。
尽管前向传播的实现需要在此函数中定义，但之后应调用
Module实例，而不是直接调用此函数，因为前者会负责执行预处理和后处理步骤，而后者则会静默地忽略这些步骤。
loss (
torch.Tensor，形状为(1,)，可选，当提供labels时返回) — 语言建模损失（用于下一个 token 预测）。logits（形状为
(batch_size, sequence_length, config.vocab_size)的torch.Tensor）— 语言建模头的预测分数（SoftMax 之前每个词汇表 token 的分数）。past_key_values（
Cache，可选，在传入use_cache=True或config.use_cache=True时返回）—— 它是一个 Cache 实例。更多详情，请参阅我们的 kv cache 指南。包含预计算的隐藏状态（自注意力块中的键和值），可用于（参见
past_key_values输入）加速顺序解码。hidden_states (
tuple(torch.Tensor)，可选，当传入output_hidden_states=True或config.output_hidden_states=True时返回) — 一个torch.Tensor元组（如果模型具有嵌入层，则包含嵌入层的输出，以及每一层的输出），形状为(batch_size, sequence_length, hidden_size)。模型在每一层输出处的隐藏状态，以及可选的初始嵌入输出。
attentions (
tuple(torch.Tensor)，可选，当传入output_attentions=True或config.output_attentions=True时返回) — 一个torch.Tensor元组（每层一个），形状为(batch_size, num_heads, sequence_length, sequence_length)。注意力权重，即经过注意力 softmax 之后的权重，用于在自注意力头中计算加权平均值。
示例：
>>> from transformers import AutoTokenizer, BitNetForCausalLM
>>> model = BitNetForCausalLM.from_pretrained("microsoft/bitnet-b1.58-2B-4T")
>>> tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("microsoft/bitnet-b1.58-2B-4T")
>>> prompt = f'<|begin_of_text|>User: Hey, are you conscious? Can you talk to me?<|eot_id|>Assistant: '
>>> inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt")
>>> # Generate
>>> generate_ids = model.generate(inputs.input_ids, max_length=100)
>>> tokenizer.batch_decode(generate_ids, skip_special_tokens=True, clean_up_tokenization_spaces=False)[0]
"User: Hey, are you conscious? Can you talk to me?Assistant: No, I'm not conscious. I'm an artificial intelligence designed to assist with information and tasks. How can I help you today?"