ElemedexEnciclopedia de bolsillo de arquitecturas de IA

Glosario (MT) › Piezas de arquitectura

MT104

Conexión residual

También: conexión de salto, atajo

En inglés: Residual connection

Atajo que suma la entrada de una capa a su salida, de modo que la capa solo aprende una corrección; permite entrenar redes de cientos de capas.

Una conexión residual reemplaza «la salida de la capa es F(x)» por

salida = x + F(x)

La capa ya no tiene que reconstruir toda la representación: solo aprende lo que hay que agregarle, el «residuo». Si no tiene nada útil que aportar, le basta con acercar F a cero y dejar pasar x intacta. La idea se hizo famosa con las ResNet de He et al. (2016), redes de visión de hasta 152 capas que ganaron la competencia ImageNet de 2015 (3,6 % de error top-5, según la tabla de (Witten et al., 2017, p. 439)).

Qué problema resuelve. En una red profunda, la señal de error que la retropropagación lleva hacia las primeras capas se multiplica por muchos factores y tiende a desvanecerse (ver gradiente que se desvanece). La suma ofrece un camino directo: la derivada de x + F(x) respecto de x es 1 + F′(x), y ese «1» asegura que el gradiente llegue. Chollet (2021) cuenta las conexiones residuales entre las innovaciones de 2014–2016 que mejoraron la propagación del gradiente y permitieron entrenar desde cero modelos de profundidad casi arbitraria (2021, sec. 1.3.3; ver también sec. 9.3.2).

En los transformers. Cada subcapa del Transformer va envuelta en una conexión residual: LayerNorm(x + Subcapa(x)) (Vaswani et al., 2017, sec. 3.1). Es lo que permite apilar los 96 bloques de GPT-3 y, a la vez, lo que da lugar a la imagen del flujo residual: un vector por token que atraviesa toda la red y al que cada capa le suma su aporte (Elhage et al., 2021). En el diagrama de BERT aparecen como «Suma y normalización».

Una analogía. Es la diferencia entre reescribir un borrador desde cero en cada ronda y corregirlo con anotaciones al margen: lo segundo es más estable, y el texto original nunca se pierde del todo.

Fuentes

  • Chollet, F. (2021). Deep learning with Python (2nd ed.). Manning Publications. §
  • 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 §
  • He, K., Zhang, X., Ren, S., & Sun, J. (2016). Deep residual learning for image recognition. In Proceedings of the 2016 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR) (pp. 770–778). IEEE. https://doi.org/10.1109/CVPR.2016.90 §
  • 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 §
  • Witten, I. H., Frank, E., Hall, M. A., & Pal, C. J. (2017). Data mining: Practical machine learning tools and techniques (4th ed.). Morgan Kaufmann. https://doi.org/10.1016/C2015-0-02071-8 §