ElemedexEnciclopedia de bolsillo de arquitecturas de IA
N.º 043

Mamba

Selective state-space model (S6)

Serpiente recurrente

Una serpiente que nunca mira para atrás: todo lo que leyó lo lleva digerido en la panza, en un estado de tamaño fijo. En cada bocado decide qué tragar y qué dejar pasar. Es rapidísima con textos larguísimos, pero si se le pide repetir al pie de la letra algo de mil páginas atrás, se le mezcla.

Altura
64 bloques (Mamba-2.8B)
Peso
≈ 5,6 GB (2,8 B en fp16)
Parámetros
130 M – 2,8 B (modelos publicados)
Contexto
Entrenado con 2.048 tokens; estado fijo, sin caché KV; hasta 1 M en tareas sintéticas
Datos de entrenamiento
The Pile, 300.000 millones de tokens
Año
2023
Generación
6 · Asistentes, razonamiento y agentes
Creadores
Albert Gu (Carnegie Mellon) & Tri Dao (Princeton)
Clase
Arquitectura

Estadísticas base

Total
319

Escalas ordinales y aproximadas, pensadas para comparar especies entre sí; los números duros están en la ficha.

Debilidades

  • Copiar o recuperar literalmente información de un contexto largo: un estado fijo no puede guardarlo todo.
  • Escala poco probada: el artículo original llega a 2,8 B de parámetros.
  • Un ecosistema más pobre que el de los transformers en ajustes, trucos y herramientas.
  • En señales continuas, como el audio crudo, la selección puede empeorar lo que los SSM invariantes hacían bien.

Hábitat

Se crio con The Pile (300.000 millones de tokens), un genoma humano y grabaciones de audio. Hoy vive en laboratorios y en modelos híbridos como Jamba, donde comparte el cuerpo con capas de atención.

Movimientos

Habilidades

Selección
Los parámetros Δ, B y C dependen de la entrada: el modelo decide token a token qué conservar del estado y qué incorporar.
Escaneo paralelo
La recurrencia se calcula con un escaneo paralelo en la memoria rápida de la GPU, sin materializar el estado expandido.
Estado de tamaño fijo
Generar cada token cuesta lo mismo, sea el primero o el millonésimo.

Anatomía

Bloque Mamba×64en cada canalTokensEmbeddingsRMSNormProyección lineal (×2)Convolución corta (k = 4)SSM selectivo× compuerta SiLUProyección de salidaSiguiente tokenEntrada xₜΔₜ, Bₜ, Cₜ = f(xₜ)hₜ = Āₜ·hₜ₋₁ + B̄ₜ·xₜyₜ = Cₜ·hₜArquitectura MambaDentro del SSM, en el paso t

Izquierda: el bloque Mamba, que reemplaza a la vez la atención y la red feedforward; el residual envuelve el bloque entero. Derecha: el corazón selectivo. Como Δ, B y C dependen del token actual, el modelo decide cuánto del estado anterior conserva y cuánto del token incorpora; el estado h tiene tamaño fijo.

Cadena evolutiva

  • un espacio de estados selectivo: recurrencia que se entrena en paralelo015 LSTM
043 Mamba

Mamba es una arquitectura de secuencias que prescinde de la atención: procesa el texto con un modelo de espacio de estados, una forma de recurrencia que lleva la historia comprimida en un estado de tamaño fijo. Gu y Dao la presentaron en diciembre de 2023 como la primera alternativa de tiempo lineal que igualaba a los transformers en modelado de lenguaje: su modelo de 2.800 millones de parámetros superaba a transformers del mismo tamaño y empataba con otros del doble (Gu y Dao, 2023). Alammar y Grootendorst (2024) la mencionan entre las arquitecturas nuevas que buscan el rendimiento del transformer con ventanas más grandes o inferencia más rápida (2024, p. 24).

Cómo funciona

Un modelo de espacio de estados, en su versión discreta, es una recurrencia lineal: hₜ = Ā·hₜ₋₁ + B̄·xₜ, yₜ = C·hₜ. El vector h es el estado oculto; la idea viene de la teoría de control, del filtro de Kalman (Gu y Dao, 2023, sec. 2). Sus antecesores (S4 y familia) tenían parámetros fijos en el tiempo, lo que permitía calcularlos como una gran convolución y entrenarlos en paralelo, pero les impedía decidir qué recordar según el contenido: resolvían la tarea de copiar una secuencia a distancia fija, pero no la de «copia selectiva», en la que hay que retener solo ciertos tokens dispersos entre ruido (Gu y Dao, 2023, sec. 3.1).

La novedad de Mamba es la selección: Δ, B y C pasan a ser funciones de la entrada, de modo que en cada token el modelo decide cuánto del estado conservar y cuánto del token incorporar. Los autores muestran que las compuertas de las redes recurrentes clásicas son un caso particular de este mecanismo (Gu y Dao, 2023, sec. 3.5). El precio es perder la convolución; lo pagan con un escaneo paralelo que corre en la memoria rápida de la GPU sin materializar el estado expandido (Gu y Dao, 2023, sec. 3.3). El bloque resultante (proyección lineal, convolución corta, SSM selectivo y compuerta multiplicativa) se apila de manera homogénea, sin capas de atención ni feedforward aparte (Gu y Dao, 2023, sec. 3.4).

Qué cambió

Frente a la LSTM, la recurrencia es lineal en el estado, y eso es lo que permite entrenarla en paralelo. Frente al Transformer, los autores plantean el problema como compresión: la atención es eficaz e ineficiente porque no comprime nada (guarda el contexto entero en la caché KV, que crece con cada token), mientras que una red recurrente es eficiente porque lo comprime todo en un estado finito, pero solo es tan buena como esa compresión (Gu y Dao, 2023, sec. 3.1). Mamba apuesta a comprimir con criterio. El resultado: cómputo y memoria lineales en la longitud durante el entrenamiento, costo constante por token al generar, unas cinco veces más velocidad de generación que un transformer de tamaño similar, y mejoras con contextos de hasta un millón de elementos en tareas sintéticas y en ADN (Gu y Dao, 2023, sec. 1).

Límites

El artículo original llega a 2.800 millones de parámetros y 300.000 millones de tokens; sus autores advierten que falta ver si la ventaja se mantiene a mayor escala (Gu y Dao, 2023, sec. 5). Además, un estado fijo no puede guardarlo todo. Jelassi et al. (2024) probaron que un transformer de dos capas puede copiar cadenas de longitud exponencial mientras que estos modelos quedan limitados por su estado, y que en la práctica rinden mucho peor al copiar y recuperar información del contexto. La respuesta de la industria fueron los híbridos: Jamba (Lieber et al., 2024) intercala una capa de atención cada siete de Mamba y reduce ocho veces la caché KV respecto de un transformer común. Desde entonces los híbridos pasaron de experimento a familia propia: Híbrido SSM (Jamba, Qwen3.5).

Fuentes

  • Alammar, J., & Grootendorst, M. (2024). Hands-on large language models: Language understanding and generation. O’Reilly Media. §
  • Buckner, C. J. (2024). From deep learning to rational machines: What the history of philosophy can teach us about the future of artificial intelligence. Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/oso/9780197653302.001.0001 §
  • Gu, A., & Dao, T. (2023). Mamba: Linear-time sequence modeling with selective state spaces (arXiv:2312.00752). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2312.00752 §
  • Jelassi, S., Brandfonbrener, D., Kakade, S. M., & Malach, E. (2024). Repeat after me: Transformers are better than state space models at copying. In Proceedings of the 41st International Conference on Machine Learning (Vol. 235, pp. 21502–21521). PMLR. https://proceedings.mlr.press/v235/jelassi24a.html §
  • Lieber, O., Lenz, B., Bata, H., Cohen, G., Osin, J., Dalmedigos, I., Safahi, E., Meirom, S., Belinkov, Y., Shalev-Shwartz, S., Abend, O., Alon, R., Asida, T., Bergman, A., Glozman, R., Gokhman, M., Manevich, A., Ratner, N., Rozen, N., . . . Shoham, Y. (2024). Jamba: A hybrid Transformer-Mamba language model (arXiv:2403.19887). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2403.19887 §