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MT097

Atención multicabezal

También: atención de múltiples cabezas, cabezas de atención

En inglés: Multi-head attention

Varias operaciones de atención en paralelo, cada una con sus propias proyecciones, cuyos resultados se concatenan: permite reunir a la vez distintos tipos de relación entre tokens.

En lugar de una sola atención sobre vectores completos, el transformer ejecuta h atenciones en paralelo («cabezas»), cada una con sus propias matrices de consulta, clave y valor que proyectan a un subespacio más chico; luego concatena los resultados y los proyecta de nuevo (Vaswani et al., 2017, sec. 3.2.2):

MultiHead(Q,K,V) = Concat(head₁, …, headₕ)·W_O, headᵢ = Attention(Q·Wᵢ_Q, K·Wᵢ_K, V·Wᵢ_V)

El transformer original usaba 8 cabezas de 64 dimensiones; BERT-base, 12; GPT-3, 96 cabezas en cada una de sus 96 capas, es decir 9.216 (Vaswani et al., 2017, sec. 3.2.2; Devlin et al., 2019, p. 4173; Brown et al., 2020, sec. 2.1).

Por qué. Una sola softmax produce un único promedio ponderado: si un token necesita a la vez a su sujeto y a su antecedente, el promedio los emborrona. Varias cabezas permiten atender a la vez a información de distintos subespacios de representación y en distintas posiciones (Vaswani et al., 2017, sec. 3.2.2). Con una sola cabeza, la traducción empeoraba 0,9 BLEU; con demasiadas, también (Vaswani et al., 2017, sec. 6.2).

Qué podría rastrear cada cabeza. Tomemos «El perro persiguió al gato porque tenía hambre». Una cabeza podría llevar de tenía a perro (¿de quién es el hambre?); otra, de cada palabra a la anterior; otra, de persiguió a su sujeto y a su objeto; otra podría «estacionarse» en un signo de puntuación cuando no hay nada útil que mirar. Algo así se encontró en BERT: K. Clark et al. (2019) hallaron cabezas que siguen objetos directos, determinantes y correferencias, y otras que miran casi siempre a los delimitadores; Buckner (2024) muestra una cabeza que parece resolver la anáfora en «she gave her a mint because her breath was bad» (2024, pp. 278–279). Otras cabezas copian patrones del contexto, [a][b] … [a] → [b]: son las llamadas induction heads (Elhage et al., 2021; Buckner, 2024, pp. 281–282).

Advertencia. Nadie asigna esos roles: son hipótesis del analista. Las visualizaciones suelen ser ejemplos elegidos, hay cabezas que no se dejan interpretar, y muchas pueden podarse sin gran pérdida (Voita et al. (2019) quitaron 38 de 48 cabezas del codificador perdiendo 0,15 BLEU). Además, los pesos muestran de dónde vino la información, no qué hizo el modelo con ella (Buckner, 2024, p. 278).

Variantes eficientes (atención multiconsulta y por grupos) comparten claves y valores entre cabezas para aliviar la caché KV (Alammar y Grootendorst, 2024, pp. 98–100).

Fuentes

  • Alammar, J., & Grootendorst, M. (2024). Hands-on large language models: Language understanding and generation. O’Reilly Media. §
  • Brown, T. B., Mann, B., Ryder, N., Subbiah, M., Kaplan, J., Dhariwal, P., Neelakantan, A., Shyam, P., Sastry, G., Askell, A., Agarwal, S., Herbert-Voss, A., Krueger, G., Henighan, T., Child, R., Ramesh, A., Ziegler, D. M., Wu, J., Winter, C., . . . Amodei, D. (2020). Language models are few-shot learners. In Advances in Neural Information Processing Systems (Vol. 33, pp. 1877–1901). Curran Associates. https://proceedings.neurips.cc/paper_files/paper/2020/hash/1457c0d6bfcb4967418bfb8ac142f64a-Abstract.html §
  • 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 §
  • Clark, K., Khandelwal, U., Levy, O., & Manning, C. D. (2019). What does BERT look at? An analysis of BERT’s attention. In T. Linzen, G. Chrupała, Y. Belinkov, & D. Hupkes (Eds.), Proceedings of the 2019 ACL Workshop BlackboxNLP: Analyzing and Interpreting Neural Networks for NLP (pp. 276–286). Association for Computational Linguistics. https://doi.org/10.18653/v1/W19-4828 §
  • Devlin, J., Chang, M.-W., Lee, K., & Toutanova, K. (2019). BERT: Pre-training of deep bidirectional transformers for language understanding. In J. Burstein, C. Doran, & T. Solorio (Eds.), Proceedings of the 2019 Conference of the North American Chapter of the Association for Computational Linguistics: Human Language Technologies, Volume 1 (Long and Short Papers) (pp. 4171–4186). Association for Computational Linguistics. https://doi.org/10.18653/v1/N19-1423 §
  • Elhage, N., Nanda, N., Olsson, C., Henighan, T., Joseph, N., Mann, B., Askell, A., Bai, Y., Chen, A., Conerly, T., DasSarma, N., Drain, D., Ganguli, D., Hatfield-Dodds, Z., Hernandez, D., Jones, A., Kernion, J., Lovitt, L., Ndousse, K., . . . Olah, C. (2021). A mathematical framework for transformer circuits. Transformer Circuits Thread. https://transformer-circuits.pub/2021/framework/index.html §
  • Vaswani, A., Shazeer, N., Parmar, N., Uszkoreit, J., Jones, L., Gomez, A. N., Kaiser, Ł., & Polosukhin, I. (2017). Attention is all you need. In Advances in Neural Information Processing Systems (Vol. 30). Curran Associates. https://proceedings.neurips.cc/paper_files/paper/2017/hash/3f5ee243547dee91fbd053c1c4a845aa-Abstract.html §
  • Voita, E., Talbot, D., Moiseev, F., Sennrich, R., & Titov, I. (2019). Analyzing multi-head self-attention: Specialized heads do the heavy lifting, the rest can be pruned. In A. Korhonen, D. Traum, & L. Màrquez (Eds.), Proceedings of the 57th Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics (pp. 5797–5808). Association for Computational Linguistics. https://doi.org/10.18653/v1/P19-1580 §