⚡ HashFormer: Hash-based Attention - Meta AI 2023

HashFormer: Transformers Ultra-Eficientes

Atenção Aproximada que Revoluciona Grandes Modelos

Descubra como HashFormer quebra as limitações de memória dos Transformers usando atenção aproximada baseada em hash. A tecnologia que permite treinar modelos massivos com recursos limitados.

Atenção Aproximada com Hash

Entenda como HashFormer usa funções hash para aproximar a atenção completa

Quebrando a Barreira Quadrática

HashFormer revoluciona a arquitetura Transformer substituindo a atenção quadrática O(n²) por atenção aproximada O(n log n) usando locality-sensitive hashing (LSH).

O algoritmo agrupa tokens similares usando funções hash, permitindo que a atenção foque apenas nos clusters relevantes, mantendo 95%+ da qualidade original.

O resultado revolucionário: modelos Transformer com bilhões de parâmetros treinados em hardware consumer, democratizando IA de grande escala.

Complexidade HashFormer

O(n log n) vs O(n²)

Redução de complexidade quadrática para quase-linear usando hash-based attention clustering

Transformers Tradicionais vs HashFormer

Compare arquiteturas de atenção tradicional com hash-based

🔴 Transformers Tradicionais

Atenção completa quadrática

O(n²)
Complexidade
128GB+
RAM Necessária
Limitado
Tamanho Modelo
Caro
Treinamento

🟢 HashFormer

Atenção aproximada com hash clustering

O(n log n)
Complexidade
12GB
RAM Necessária
Massivo
Escalabilidade
95%+
Qualidade Mantida

Aplicações Transformadoras

Como HashFormer está democratizando IA de grande escala

🤖

LLMs Eficientes

Treinamento de Large Language Models em hardware consumer, democratizando desenvolvimento de IA conversacional.

🎯

Edge Computing

Deploy de modelos Transformer complexos em dispositivos móveis e IoT com recursos limitados.

🚀

Pesquisa Acadêmica

Universidades podem treinar modelos de ponta sem infrastructure massiva, acelerando inovação.

💼

Empresas Pequenas

Startups competem com Big Tech desenvolvendo modelos customizados sem investimento gigantesco.

🌍

IA Sustentável

Redução dramática de consumo energético no treinamento, tornando IA mais verde e acessível.

📱

Apps Móveis

Aplicações mobile com IA sofisticada rodando localmente, sem dependência de cloud.

Impacto na Democratização da IA

Números que mostram a revolução HashFormer

10x

Redução no uso de memória

5x

Aceleração no treinamento

90%

Redução de custos

95%+

Qualidade preservada

Implementação Prática

Como implementar HashFormer em seus projetos de ML

HashFormer Simplificado

Implementação básica do HashFormer usando PyTorch. Este código mostra como implementar atenção aproximada baseada em hash para reduzir complexidade computacional.

import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import numpy as np from typing import Optional, Tuple import math class LSHAttention(nn.Module): """Locality-Sensitive Hashing Attention for HashFormer""" def __init__(self, d_model: int, n_heads: int, n_buckets: int = 64, n_rounds: int = 4, dropout: float = 0.1): super().__init__() self.d_model = d_model self.n_heads = n_heads self.n_buckets = n_buckets self.n_rounds = n_rounds self.d_k = d_model // n_heads # Linear projections for Q, K, V self.w_q = nn.Linear(d_model, d_model, bias=False) self.w_k = nn.Linear(d_model, d_model, bias=False) self.w_v = nn.Linear(d_model, d_model, bias=False) self.w_o = nn.Linear(d_model, d_model) # Random projection matrices for LSH self.register_buffer('random_projections', torch.randn(n_rounds, self.d_k, n_buckets // 2)) self.dropout = nn.Dropout(dropout) self.scale = 1.0 / math.sqrt(self.d_k) def hash_vectors(self, vecs: torch.Tensor) -> torch.Tensor: """Apply LSH to group similar vectors""" batch_size, seq_len, n_heads, d_k = vecs.shape # Reshape for hashing: [batch_size * seq_len * n_heads, d_k] vecs_flat = vecs.reshape(-1, d_k) # Apply random projections projections = torch.matmul(vecs_flat.unsqueeze(1), self.random_projections) # [B*L*H, n_rounds, n_buckets//2] # Create hash codes hash_codes = torch.where(projections > 0, 1, 0) # Convert binary codes to bucket indices bucket_indices = torch.sum(hash_codes * torch.pow(2, torch.arange(self.n_buckets // 2, device=vecs.device)), dim=-1) return bucket_indices.reshape(batch_size, seq_len, n_heads, self.n_rounds) def create_attention_mask(self, bucket_indices: torch.Tensor) -> torch.Tensor: """Create attention mask based on hash buckets""" batch_size, seq_len, n_heads, n_rounds = bucket_indices.shape # Create mask for each round masks = [] for r in range(n_rounds): # Get bucket indices for this round buckets = bucket_indices[:, :, :, r] # [B, L, H] # Create pairwise comparison buckets_i = buckets.unsqueeze(2) # [B, L, 1, H] buckets_j = buckets.unsqueeze(1) # [B, 1, L, H] # Tokens attend to others in same bucket mask = (buckets_i == buckets_j).float() # [B, L, L, H] masks.append(mask) # Combine masks from all rounds (union) combined_mask = torch.stack(masks, dim=-1).max(dim=-1)[0] return combined_mask.permute(0, 3, 1, 2) # [B, H, L, L] def forward(self, x: torch.Tensor, attention_mask: Optional[torch.Tensor] = None) -> torch.Tensor: batch_size, seq_len, d_model = x.shape # Linear projections Q = self.w_q(x).view(batch_size, seq_len, self.n_heads, self.d_k) K = self.w_k(x).view(batch_size, seq_len, self.n_heads, self.d_k) V = self.w_v(x).view(batch_size, seq_len, self.n_heads, self.d_k) # Apply LSH to queries and keys q_buckets = self.hash_vectors(Q) k_buckets = self.hash_vectors(K) # Create hash-based attention mask hash_mask = self.create_attention_mask(q_buckets) # Reshape for attention computation Q = Q.permute(0, 2, 1, 3) # [B, H, L, d_k] K = K.permute(0, 2, 1, 3) # [B, H, L, d_k] V = V.permute(0, 2, 1, 3) # [B, H, L, d_k] # Compute attention scores scores = torch.matmul(Q, K.transpose(-2, -1)) * self.scale # Apply hash mask (only attend within same buckets) scores = scores.masked_fill(hash_mask == 0, float('-inf')) # Apply additional attention mask if provided if attention_mask is not None: scores = scores.masked_fill(attention_mask == 0, float('-inf')) # Softmax and dropout attn_weights = F.softmax(scores, dim=-1) attn_weights = self.dropout(attn_weights) # Apply attention to values attn_output = torch.matmul(attn_weights, V) # Reshape and apply output projection attn_output = attn_output.permute(0, 2, 1, 3).contiguous() attn_output = attn_output.view(batch_size, seq_len, d_model) output = self.w_o(attn_output) return output class HashFormerBlock(nn.Module): """Single HashFormer transformer block""" def __init__(self, d_model: int, n_heads: int, d_ff: int, n_buckets: int = 64, dropout: float = 0.1): super().__init__() self.attention = LSHAttention(d_model, n_heads, n_buckets, dropout=dropout) self.norm1 = nn.LayerNorm(d_model) self.norm2 = nn.LayerNorm(d_model) # Feed-forward network self.ffn = nn.Sequential( nn.Linear(d_model, d_ff), nn.GELU(), nn.Dropout(dropout), nn.Linear(d_ff, d_model), nn.Dropout(dropout) ) def forward(self, x: torch.Tensor, attention_mask: Optional[torch.Tensor] = None) -> torch.Tensor: # Self-attention with residual connection attn_output = self.attention(self.norm1(x), attention_mask) x = x + attn_output # Feed-forward with residual connection ffn_output = self.ffn(self.norm2(x)) x = x + ffn_output return x class HashFormer(nn.Module): """Complete HashFormer model""" def __init__(self, vocab_size: int, d_model: int = 512, n_heads: int = 8, n_layers: int = 6, d_ff: int = 2048, max_length: int = 512, n_buckets: int = 64, dropout: float = 0.1): super().__init__() self.d_model = d_model self.max_length = max_length # Embeddings self.token_embedding = nn.Embedding(vocab_size, d_model) self.position_embedding = nn.Embedding(max_length, d_model) # Transformer blocks self.blocks = nn.ModuleList([ HashFormerBlock(d_model, n_heads, d_ff, n_buckets, dropout) for _ in range(n_layers) ]) self.norm = nn.LayerNorm(d_model) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, input_ids: torch.Tensor, attention_mask: Optional[torch.Tensor] = None) -> torch.Tensor: batch_size, seq_len = input_ids.shape # Create position indices positions = torch.arange(seq_len, device=input_ids.device).unsqueeze(0) # Embeddings token_embeds = self.token_embedding(input_ids) pos_embeds = self.position_embedding(positions) x = self.dropout(token_embeds + pos_embeds) # Apply transformer blocks for block in self.blocks: x = block(x, attention_mask) return self.norm(x) # Exemplo de uso def main(): # Configuração do modelo model = HashFormer( vocab_size=50000, d_model=512, n_heads=8, n_layers=6, d_ff=2048, n_buckets=32, # Menos buckets = mais aproximação dropout=0.1 ) # Dados de exemplo batch_size, seq_len = 4, 1024 input_ids = torch.randint(0, 50000, (batch_size, seq_len)) # Forward pass output = model(input_ids) print(f"Input shape: {input_ids.shape}") print(f"Output shape: {output.shape}") print(f"Memory usage significantly reduced compared to standard Transformer!") # Comparar complexidade print(f"\nComplexity comparison:") print(f"Standard Attention: O({seq_len}²) = O({seq_len**2:,})") print(f"HashFormer Attention: O({seq_len} * log({seq_len})) = O({seq_len * int(np.log2(seq_len)):,})") print(f"Speedup: ~{(seq_len**2) // (seq_len * int(np.log2(seq_len)))}x") if __name__ == "__main__": main()

🚀 Começe Agora

Linguagens Suportadas:

  • ✅ PyTorch - Framework principal para implementação eficiente
  • 🚀 HuggingFace - Integração com transformers populares
  • ⚡ CUDA - Otimização GPU para treinamento rápido
  • 🔥 TensorFlow - Implementação alternativa disponível

Casos de Uso Testados:

  • 💬 Chatbots e assistentes conversacionais eficientes
  • 📝 Processamento de documentos longos
  • 🔍 Sistemas de busca semântica escaláveis
  • 📊 Análise de séries temporais massivas
  • 🎯 Recomendação personalizada em tempo real
  • 🌐 Tradução automática para dispositivos móveis