如今的手机都配备了可在设备上直接运行 AI 的硬件；Google 鼓励编码人员利用它。

译自Google Wants Developers to Build On-Device AI Applications，作者 Agam Shah。

当今的手机和电脑配备了直接在设备上运行 AI 的新硬件；在今年的Google I/O上，Google 鼓励编码人员利用它。

其理念是在本地存储的数据上运行大型语言模型，即使没有互联网连接。数据保持私密，不会离开设备，这种方法可以节省资金。

在 Google I/O 的一场会议上，产品经理组Sachin Kotwani说：“作为一名开发者，你减少或消除了处理服务器端维护、容量、限制或成本的需要。”

工作原理

开发设备内 AI 应用程序的能力是当今 AI 处理方式的重大进步。

新手机和电脑中的神经处理器使设备内 AI 成为可能。

如果你没有注意到，AI 已经存在于设备中。它运行基本的智能手机活动，例如建议短信、改进图像和分析功耗以节省电池电量。

新手机和电脑中的神经处理器使设备内 AI 成为可能。但是，在没有 AI 加速器的情况下，在电脑上运行具有十亿或更多参数的 LLM（例如 TinyLlama 或 Phi-2）非常缓慢。你只能在 CPU 上使用Jan.ai或GPT4All运行 LLM，但这会给你的电脑带来负担。

在配备强大 GPU的电脑上运行 LLM 非常棒。但设置很麻烦——你需要下载模型、加载神经网络环境（例如 Nvidia 的 CuDNN）、安装开发者工具并编译它。

新一代能够在设备上进行矩阵运算的加速器和 GPU 使 AI 在手机上成为可能。

因此，大多数 AI 都在功能强大的 GPU 上的云中发生，这可能像将 GPT-4 API 加载到聊天机器人界面中一样简单，然后将查询卸载到 OpenAI 服务器基础设施中的 GPU。但这些 API 不是免费的，你必须付费才能使用 OpenAI 的基础设施。

新一代能够在设备上进行矩阵运算的加速器和 GPU 使 AI 在手机上成为可能。

Google 的新 Pixel 8A 手机有一个用于 AI 的 Edge TPU（张量处理单元），英特尔和 AMD 在电脑上拥有神经处理单元。设备内 AI 还可以与基于云的 AI 资源相结合。

开发工具

来自 AMD、英特尔和 Nvidia 等芯片制造商的开发工具可用于在设备上运行 LLM。

最近，Google 讨论了开发套件、API 和其他工具，这些工具利用其自己的GeminiNano LLM 用于移动设备。此 LLM 是多模态的，这意味着开发者可以在其周围构建语音、图像、视频或聊天机器人应用程序。

“Gemini Nano 是 Android 推荐的生产路径。”

– Google 的 Thomas Ezan

Google 代表表示，Gemini Nano 是设备内 AI 最有能力的模型，它还可以很好地集成到 Android 应用程序中。

Google 的高级开发者关系工程师Thomas Ezan在 I/O 上表示：“Gemini Nano 是 Android 推荐的生产路径。”

对于那些不想陷入 Google 专有的 AI 开发环境的人，Google 将支持介于 20 亿到 30 亿参数之间的开源 LLM。

Ezan 说：“如果你想在设备上运行通用推理，开放的大语言模型在过去一年中也越来越受欢迎，尽管由于性能和内存挑战，它们不适合生产。”

其中包括 Falcon 1B（13 亿参数）、Flan-T5（27 亿参数）、StableLM 3B（28 亿参数）和 Llama 2B（25 亿参数）。Google 还将支持其开源 Gemma LLM 的 70 亿参数模型。

Google 自有工具

开发者可以通过 Edge AI SDK 将 Nano AI 集成到应用程序和开发中。SDK 提供高级 API、管道、模型推理和硬件挂钩，以高效运行 AI 模型。

移动设备在计算能力、带宽和内存方面受到限制。开发者可以通过访问名为 AICore 的系统服务来微调模型，该服务集成在运行在合格设备（例如 Pixel 8A 和三星的 S24）上的 Android 14 中。

开发者可以使用量化来优化移动设备的模型，以减少模型大小和处理要求。

LoRA 被认为是将 AI 微调到设备和应用程序的重要组成部分。

“内容窗口很可能也会变得更小，模型的泛化程度会更低……这意味着微调对于获得生产质量至关重要。”谷歌开发人员关系工程师 Terence Zhang 说道。

AICore 还包括一个名为低秩自适应 (LoRA) 的微调层，它允许应用开发者自定义模型以执行特定任务。LoRA 被认为是将 AI 微调到设备和应用的重要构建模块。

谷歌软件工程师Miao Wang表示：“应用可以训练自己的专门 LoRA 微调模块，以优化 Gemini Nano 模型的性能。”

支持开源 LLM

MediaPipe 是一个关键的 API，允许开发者使用多个开源 LLM（包括 Falcon 和 Gemma）创建设备上 AI 应用。

开发者将依赖 MediaPipe API 为 Android 和 iOS 设备编写 AI 网页应用。

MediaPipe API 提供预优化模型，开发者必须引入权重才能运行设备上应用。它支持视觉、文本和音频应用。一些 LLM 擅长特定任务，而该 API 为开发者提供了选择其模型的灵活性。

开发者将依赖 MediaPipe API 为 Android 和 iOS 设备编写 AI 网页应用。Chrome 126（处于测试阶段）集成了对低代码 API 的支持，该 API 将网页应用连接到 Nano 和开源 LLM。

谷歌 I/O 的核心机器学习首席软件工程师Cormac Brick表示：“所有这些都在浏览器中完全本地运行，而且速度很快。这是因为它是通过WebGPU在计算机的 GPU 上加速的。这使得它足够快，可以构建非常引人注目的完全本地网页应用。”

TensorFlow Lite

谷歌还使用了 TensorFlow Lite 开发环境，它是 TensorFlow 机器学习框架的轻量级版本。TFLite 还包括一个工具包，用于将 TensorFlow 模型转换为可以在设备上运行的更紧凑的版本。

布里克表示：“你可以在现成的模型中找到模型，或在所选框架中训练模型。它将你的模型一步转换为 TensorFlow Lite。然后，你可以在 Android、网页和 iOS 上使用你的应用运行所有这些模型。”

上周，芯片制造商高通表示，开发者将能够使用其最新芯片将其 LLM 移植到智能手机上。

挑战

应用开发者正在争先恐后地利用他们所能利用的每一盎司处理能力，以提高其应用的效率。

新一代设备将拥有更强大的 AI 算力，这将提升设备上的 AI 大脑。

另一个挑战是将应用与合适的 AI 芯片相匹配。新一代设备将拥有更强大的 AI 算力，这将提升设备上的 AI 大脑。

戴尔产品管理总监Zach Noskey表示，戴尔已经推出了搭载英特尔 NPU 的新 PC，但只有当开发者发现相关应用时，设备上的 AI 才会真正起飞。

开发者参与英特尔OpenVino等工具非常重要，以推动行业发展。供应商还需要与开发者密切合作，做好应用准备工作，因为开发者可能不知道从哪里开始。

例如，OpenVino 为 Gimp 提供了一个英特尔 NPU 插件，以支持 Stability Diffusion 图像生成提示。

Noskey 表示：“这关乎在社区中继续启用它——这有点像过去几年 CPU 和 GPU 利用应用的速度一样。”

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