DB-GPT：这一年，大模型与我们

对于技术人来讲，这无疑是让我们激动的，热血沸腾、心潮澎湃的。像漆黑的夜里发现了光，像无垠的荒漠看见了水，像迷路的马儿找到了路。

当然，在旅途中也绽放了一系列令人鼓舞的成就。我们汇聚了一批心怀共鸣的同行者，共同打造了一个近 10k+ Star 的开源社区，我们的研究成果以 Paper 的方式与世界共享，社区获得了一些奖项，同时也获得了业界和你们的认可与肯定。

在当前的大模型时代下，普遍的观点认为开发一个基于大模型的应用只需要几句简单的 Prompt，甚至也都在炒作“ Prompt 工程师”的概念。然而，对于专注于具体垂域领域应用落地的同学们，情况并非这么简单。超越基础的角色扮演游戏，搞点没多大用处的创作之外，我们不禁要问：仅凭几句提示语（Prompt）真的足够吗？在通用大模型与垂域场景之间的天然的信息鸿沟，真的能视而不见吗？简单的微调与加训真的就能解决所有的问题吗？RAG 能搞定一切吗？我想答案是不能，至少对目前的大模型底座来讲，是不能的。

这也解释了为何在开发针对垂直领域的应用时，我们会感到困难重重。经过长达半年的不懈努力，仍然看不到多少实用性强的应用实际落地。除了各个平台上看到像 Copilot 这样的辅助工具外，其他切实可行的落地场景屈指可数。为什么会这样呢？原因可能是技术上的断层。新一代以大模型为大脑的应用开发模式已逐渐成为必然，但只有“大脑”还不够，我们还需要“四肢”，即能够支撑大脑的实际操作能力。大脑与四肢之间如何联动，包括大脑如何不断掌握新的知识，这些都是亟待解决的问题。

在大模型领域，数据集的问题想必已经成为一个普遍和棘手的挑战，而且预计这个挑战在未来只会越来越头疼，尤其是那些数据集资源更加匮乏的垂域。数据集的构建应该被视为一项长远和前瞻性任务，而作为三年、五年计划一点都不为过。

DB-GPT 项目一直都走得比较坚定。在今年4月初我们定下来整个技术架构到现在，都没有多大的变化。我们一直坚持想做一件事就是: "Revolutionizing Database Interactions with Private LLM Technology"，即"用大模型技术定义数据库下一代交互方式"。

通用模型能解决所有问题吗？需不需要领域模型？面向未来，多模型之间是怎么协作交互的？这几个问题我们一直都在思考。但截至目前，跟我们5个月之前的认知也没太大的变化，那就是以后应用落地需要三层的大模型交互架构。如下图所示，从上往下依次是：

• 通用大语言模型(> 100B)

• 领域大语言模型(10~70B)

• 工具类模型(<10B)

为什么要有这样的思考？因为我们发现，自然语言的理解、语义分析等远比我们想象的复杂，即使今天有非常多的开源模型都可以进行自然语言对话。但是能够通过确定的 Prompt 拿到确定结果的模型，少之又少。只有ChatGPT、GPT-4 这样的模型有较好的表现，通用大语言模型无论是体量还是入门门槛都非常高，所以天然决定了这一层的生意会变成寡头，最后只能活下来效果最好的极少数几家。而这一层的迭代是符合数据飞轮理论，即谁的效果越好，先发优势越大，谁的模型就能得到更好的训练，形成增长飞轮。

引入领域层模型之后，为何还需要第三层工具模型？这主要是出于对高精度与成本的需求。针对非常细分的场景去做任务的时候，通常不太需要模型掌握太多的泛化或者推理的能力。相反，我们需要的是模型能以最低成本可靠地完成某一任务的能力。以生产线上的工人为例，我们不期望工人去理解或深入推敲公司的战略方向，而是希望他们能高效率、高质量地执行当前的任务。同样地，工具模型的职能是专注于某一特定操作或功能，执行预定的任务，而无需处理与任务无关的复杂推理过程。这种模型专注于特定的工艺，减少了不必要的复杂性，提升了执行的精确性，并且从成本的角度看，更加经济实惠。

下图是 DB-GPT 的架构图，整体结构比较简单。左侧是知识(RAG)，右侧是工具(Agents)，中间是多模型管理(SMMF)，同时增加了向量存储这样的大模型记忆体，以及各类数据源，往上是一层通用的交互层面。

• 私域问答&数据处理&RAG：支持内置、多文件格式上传、插件自抓取等方式自定义构建知识库，对海量结构化，非结构化数据做统一向量存储与检索
• 多数据源&GBI：支持自然语言与 Excel、数据库、数仓等多种数据源交互，并支持分析报告。
• 多模型管理：海量模型支持，包括开源、API 代理等几十种大语言模型。如 LLaMA/LLaMA2、Baichuan、ChatGLM、文心、通义、智谱、星火等。
• 自动化微调：围绕大语言模型、Text2SQL 数据集、LoRA/QLoRA/Pturning 等微调方法构建的自动化微调轻量框架, 让TextSQL 微调像流水线一样方便。
• Data-Driven Multi-Agents&Plugins：支持自定义插件执行任务，原生支持 Auto-GPT 插件模型，Agents 协议采用 Agent Protocol标准
• 隐私安全：通过私有化大模型、代理脱敏等多种技术保障数据的隐私安全

经过这一年的折腾与抽象，我们将 DB-GPT 未来的架构进行了分层。如下图所示，主要分为以下 7 层，自上而下分别为:

• 可视化层: 可视化层主要的工作是对话、交互、图表显示、可视化编排等能力。

• 应用层:   基于底层能力的应用构建，如 GBI 应用、ChatDB 类应用、ChatData 类应用、ChatExcel 类应用等。

• 服务层:  服务层主要是对外暴露的服务，比如 LLMServer、APIServer、RAGServer、dbgptserver 等

• 核心模块层:  核心模块主要有三个分别是，SMMF、RAGs、Agents

• 协议层：协议层主要是指 AWEL (Agentic Workflow Expression Language), 即智能体编排语言，是专门为大模型应用开发设计的智能体工作流表达式语言。

• 训练层:  训练层会主要关注 Text2SQL、Text2DSL、Text2API 方向的微调，提供标准的微调脚手架。

• 运行环境: 运行环境是指整个框架的运行在什么环境当中，我们后期会优先支持基于 Ray 与 Kubernetes 的环境。

接下来对其中一些关键模块做一些较为详细的介绍。

前面我们有提到说面向未来是通用大模型、领域模型、小模型一起交互协作的。 那就特别需要对模型进行管理，而且模型需要是一个个随时可调用的服务。在我们的框架里面叫 Service-oriented Multi-model Management Framework (SMMF) 服务化多模型管理框架。多模型管理框架的本质其实就是模型服务的 Serverless 化。

SMMF 具体如上图所示: 最上层对应服务与应用层(如 DB-GPT WebServer、Agents 系统、应用等)。下一层是模型部署框架层，这层包含了对应用层提供模型服务的 APIServer 和 Model Handle、整个部署框架的元数据管理和控制中心 Model Controller 和与推理框架和底层环境直接对接的 Model Worker。再下一层是推理框架层，这层包含了 vLLM、 llama.cpp 和 FastChat (由于 DB-GPT 直接使用了 FastChat 的推理接口，这里我们将 FastChat 也归为推理框架)，大语言模型( Vicuna、Llama、Baichuan、ChatGLM )等部署在推理框架中。 最下面一层则是实际部署环境，包括 Kubernetes、Ray、AWS、阿里云和私有云等。

为了能够让客户端无感使用各类模型，我们无缝兼容了 OpenAI 的 SDK，即通过一套标准的 SDK 即可无缝使用各类大语言模型。 

import openaiopenai.api_key = "EMPTY"openai.api_base = "http://127.0.0.1:8100/api/v1"model = "vicuna-13b-v1.5"
completion = openai.ChatCompletion.create(model=model,messages=[{"role": "user", "content": "hello"}])# print the completionprint(completion.choices[0].message.content)

关于此部分内容更详细的介绍，可以参考官方文档内容。

MS-RAG 指的是多文档检索增强能力，这部分也是 DB-GPT 中的一个基础核心模块。 当前 MS-RAG 实现了基本的增强检索的操作，并对文档、多源数据检索场景做了非常多的定制优化。整个流程中涵盖了知识构建、知识检索、答案生成全链路的能力。关于此部分更细节的内容，我这里暂且按下不表，后面会有专门的文章进行介绍。

Agents 也是 DB-GPT 框架中一个非常核心的模块，我们在 DB-GPT 早期的 Agents 框架版本中，进行了全新构建，引入了类 AutoGen 当中的多角色协同理念。同时为了更好地在数据领域落地，我们提出了数据驱动的 Agents 理念，在实际的使用场景中，每个 agents 会有一个 DataFrame 上下文。结合此上下文可以对 agents 做前后置数据一致性校验与订正。当前升级版本的代码经过我们最近紧张的开发之后，也已经进入到测试阶段，相信不久后就会与大家见面。 我们也会提供更多的介绍说明与使用案例。

AWEL（Agentic Workflow Expression Language）是一套专为大模型应用开发设计的智能体工作流表达语言，它提供了强大的功能和灵活性。通过 AWEL API 您可以专注于大模型应用业务逻辑的开发，而不需要关注繁琐的模型和环境细节，AWEL 采用分层 API 的设计， AWEL 的分层 API 设计架构如下图所示：

## 源码位置 examples/awel/simple_rag_example.py
with DAG("simple_rag_example") as dag:trigger_task = HttpTrigger("/examples/simple_rag", methods="POST", request_body=ConversationVo)req_parse_task = RequestParseOperator()# TODO should register prompt template firstprompt_task = PromptManagerOperator()history_storage_task = ChatHistoryStorageOperator()history_task = ChatHistoryOperator()embedding_task = EmbeddingEngingOperator()chat_task = BaseChatOperator()model_task = ModelOperator()output_parser_task = MapOperator(lambda out: out.to_dict()["text"])
(trigger_task>> req_parse_task>> prompt_task>> history_storage_task>> history_task>> embedding_task>> chat_task>> model_task>> output_parser_task)

• AgentFream 层 API 样例

af = AgentFream(HttpSource("/examples/run_code", method = "post"))result = (af.text2vec(model="text2vec").filter(vstore, store = "chromadb", db="default").llm(model="vicuna-13b", temperature=0.7).map(code_parse_func).map(run_sql_func).reduce(lambda a, b: a + b))result.write_to_sink(type='source_slink')

• DSL 层 API 样例

DSL 采用ANTLR4 / Lark解析器

CREATE WORKFLOW RAG ASBEGINDATA requestData = RECEIVE REQUEST FROM http_source("/examples/rags", method = "post");
DATA processedData = TRANSFORM requestData USING embedding(model = "text2vec");DATA retrievedData = RETRIEVE DATA FROM vstore(database = "chromadb", key = processedData)ON ERROR FAIL;
DATA modelResult = APPLY LLM "vicuna-13b" WITH DATA retrievedData AND PARAMETERS (temperature = 0.7)ON ERROR RETRY 2 TIMES;
RESPOND TO http_source WITH modelResultON ERROR LOG "Failed to respond to request";END;

作为 DB-GPT 项目的一部分，我们提供了 Text2SQL 微调相关的代码，目前已经按照独立的 pypi 包发布，可以直接安装进行使用。

pip install dbgpt_hub

查看模型基线

from dbgpt_hub.baseline import show_scoresshow_scores()

微调

from dbgpt_hub.data_process import preprocess_sft_datafrom dbgpt_hub.train import start_sftfrom dbgpt_hub.predict import start_predictfrom dbgpt_hub.eval import start_evaluate
data_folder = "dbgpt_hub/data"data_info = [{"data_source": "spider","train_file": ["train_spider.json", "train_others.json"],"dev_file": ["dev.json"],"tables_file": "tables.json","db_id_name": "db_id","is_multiple_turn": False,"train_output": "spider_train.json","dev_output": "spider_dev.json",}]
train_args = {"model_name_or_path": "codellama/CodeLlama-13b-Instruct-hf","do_train": True,"dataset": "example_text2sql_train","max_source_length": 2048,"max_target_length": 512,"finetuning_type": "lora","lora_target": "q_proj,v_proj","template": "llama2","lora_rank": 64,"lora_alpha": 32,"output_dir": "dbgpt_hub/output/adapter/CodeLlama-13b-sql-lora","overwrite_cache": True,"overwrite_output_dir": True,"per_device_train_batch_size": 1,"gradient_accumulation_steps": 16,"lr_scheduler_type": "cosine_with_restarts","logging_steps": 50,"save_steps": 2000,"learning_rate": 2e-4,"num_train_epochs": 8,"plot_loss": True,"bf16": True,}
predict_args = {"model_name_or_path": "codellama/CodeLlama-13b-Instruct-hf","template": "llama2","finetuning_type": "lora","checkpoint_dir": "dbgpt_hub/output/adapter/CodeLlama-13b-sql-lora","predict_file_path": "dbgpt_hub/data/eval_data/dev_sql.json","predict_out_dir": "dbgpt_hub/output/","predicted_out_filename": "pred_sql.sql",}
evaluate_args ={"input": "./dbgpt_hub/output/pred/pred_sql_dev_skeleton.sql","gold": "./dbgpt_hub/data/eval_data/gold.txt","gold_natsql": "./dbgpt_hub/data/eval_data/gold_natsql2sql.txt","db": "./dbgpt_hub/data/spider/database","table": "./dbgpt_hub/data/eval_data/tables.json","table_natsql": "./dbgpt_hub/data/eval_data/tables_for_natsql2sql.json","etype": "exec","plug_value": True,"keep_distict": False,"progress_bar_for_each_datapoint": False,"natsql": False,}
preprocess_sft_data(data_folder = data_folder,data_info = data_info)
start_sft(train_args)start_predict(predict_args)start_evaluate(evaluate_args)

更多信息可以参考我们的开源代码

所有用户，相同 prompt （内容、input length 和 output length 相同），同一时间发起推理请求，在同一硬件条件下的首字延迟、推理延迟和吞吐量。

Benchmark代码地址： 
https://github.com/eosphoros-ai/DB-GPT/blob/main/dbgpt/util/benchmarks

async def run_model(wh: WorkerManager) -> None:global result_csv_fileif not result_csv_file:result_csv_file = get_result_csv_file()if os.path.exists(result_csv_file):now = datetime.now()now_str = now.strftime("%Y-%m-%d")os.rename(result_csv_file, f"{result_csv_file}.bak_{now_str}.csv")for parallel_num in parallel_nums:for input_len, output_len in zip(input_lens, output_lens):try:await run_batch(wh, input_len, output_len, parallel_num, result_csv_file)except Exception:msg = traceback.format_exc()logging.error(f"Run benchmarks error, input_len: {input_len}, output_len: {output_len}, parallel_num: {parallel_num}, error message: {msg}")if "torch.cuda.OutOfMemoryError" in msg:return
sys.exit(0)
async def run_batch(wh: WorkerManager,input_len: int,output_len: int,parallel_num: int,output_file: str,):tasks = []prompt = read_prompt_from_file("11k")if model_type == "vllm":max_input_str_len = input_lenif "baichuan" in model_name:# TODO prompt handle firstmax_input_str_len *= 2prompt = prompt[-max_input_str_len:]
# Warmup firstparams = build_param(input_len, output_len, prompt, system_prompt="")await wh.generate(params)
for _ in range(parallel_num):params = build_param(input_len, output_len, prompt, system_prompt="")tasks.append(wh.generate(params))print(f"Begin run benchmarks, model name: {model_name}, input_len: {input_len}, output_len: {output_len}, parallel_num: {parallel_num}, save result to {output_file}")start_time_ms = time.time_ns() // 1_000_000results: List[ModelOutput] = await asyncio.gather(*tasks)end_time_ms = time.time_ns() // 1_000_000
test_time_cost_ms = end_time_ms - start_time_mstest_total_tokens = 0first_token_latency_ms = 0latency_ms = 0gpu_nums = 0avg_gpu_mem = 0rows = []for r in results:metrics = r.metricsif isinstance(metrics, dict):metrics = ModelInferenceMetrics(**metrics)print(r)test_total_tokens += metrics.total_tokensfirst_token_latency_ms += metrics.first_token_time_ms - metrics.start_time_mslatency_ms += metrics.end_time_ms - metrics.start_time_msrow_data = metrics.to_dict()del row_data["collect_index"]if "avg_gpu_infos" in row_data:avg_gpu_infos = row_data["avg_gpu_infos"]gpu_nums = len(avg_gpu_infos)avg_gpu_mem = (sum(i["allocated_memory_gb"] for i in avg_gpu_infos) / gpu_nums)del row_data["avg_gpu_infos"]del row_data["current_gpu_infos"]rows.append(row_data)avg_test_speed_per_second = test_total_tokens / (test_time_cost_ms / 1000.0)avg_first_token_latency_ms = first_token_latency_ms / len(results)avg_latency_ms = latency_ms / len(results)
with open(output_file, "a", newline="", encoding="utf-8") as f:writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=METRICS_HEADERS)if f.tell() == 0:# Fist timewriter.writeheader()for row in rows:row["model_name"] = model_namerow["parallel_nums"] = parallel_numrow["input_length"] = input_lenrow["output_length"] = output_lenrow["test_time_cost_ms"] = test_time_cost_msrow["test_total_tokens"] = test_total_tokensrow["avg_test_speed_per_second(tokens/s)"] = avg_test_speed_per_secondrow["avg_first_token_latency_ms"] = avg_first_token_latency_msrow["avg_latency_ms"] = avg_latency_msrow["gpu_nums"] = gpu_numsrow["gpu_mem(GiB)"] = avg_gpu_memwriter.writerow(row)print(f"input_len: {input_len}, output_len: {output_len}, parallel_num: {parallel_num}, save result to {output_file}")

这一年围绕大模型技术展开了非常多的话题，但截止到今天，我们或许已经看到了一些技术演进的趋势。 通用大语言模型赛道玩家密布，但明年或许会迎来第一波死亡潮。 相信经过一年的折腾，绝大多数玩家也已经明白了这个赛道的烧金程度以及技术壁垒。单单靠基于公开数据集的评测打榜宣传已经不足以引起任何的浪花，拿在实际场景一测，绝大多数都会被打回原型。

对于语言模型在垂域的落地来讲也是如此，今年相信有非常多的团队都尝试了落地实践。但除了ChatGPT、GPT-4以外的模型，唯一能有较好落地的场景或许就是知识库、答疑机器人类应用了。而这些应用的落地需要投入大量的人力进行前置的知识整理与构建。在效果上要做到一个很高的准确率，所需的投入比预想的要大的多。 

此外在要求高精度，如数据分析、报表生成等场景。基本还是以传统的指标模式为主。能处理的场景也非常有限。所以还有很多的工作需要去做。我们今天看到大模型带来了很多的可能，但在实际的落地上，我相信一切也才刚刚开始。"我们总是高估技术的短期效应，而低估它们的长期影响力"。是的，历史总是在重演。我们确实也看到了很多大跃进式盲目的发展模式，也遇到了一些挫折。

但我们也看到很多有意思的落地实践，比如我们社区同学基于 DB-GPT 上的一些落地探索。包括知识问答、数据对话以及通过 Agents 编排一个超长步骤的分析链路来对复杂任务进行处理的落地实践。 所以面向未来，还是需要有足够坚定的信心。

今年因为 ChatGPT 的发布，以及 LLaMA 等模型的开源，引爆了整个大模型技术赛道。经过一年的折腾实践，我们对相关的技术也有了更深层次的理解与认识。也看到了很多有趣的方向与落地实践。相信马上到来的 2024 年，我们会看到大模型在垂域场景更多的落地实践。我们非常欢迎大家能够跟我们一起交流探索，一起来定义下一代基于大模型的数据交互解决方案。最后我们是一个很有意思的社区，欢迎大家参与到我们社区中，一起探讨、交流。