DeepSeekMoE 아키텍처는 DeepSeek의 가장 강력한 모델이라고 할 수 있는 DeepSeek V2와 DeepSeek-Coder-V2을 구현하는데 기초가 되는 아키텍처입니다. DeepSeek-Coder-V2는 코딩과 수학 분야에서 GPT4-Turbo를 능가하는 최초의 오픈 소스 AI 모델로, 가장 좋은 평가를 받고 있는 새로운 모델 중 하나입니다. DeepSeek Coder는 Llama 2의 아키텍처를 기본으로 하지만, 트레이닝 데이터 준비, 파라미터 설정을 포함해서 처음부터 별도로 구축한 모델로, ‘완전한 오픈소스’로서 모든 방식의 상업적 이용까지 가능한 모델입니다. 모든 태스크를 대상으로 전체 2,360억개의 파라미터를 다 사용하는 대신에, DeepSeek-V2는 작업에 따라서 일부 (210억 개)의 파라미터만 활성화해서 사용합니다. 조금만 더 이야기해 보면, 어텐션의 기본 아이디어가 ‘디코더가 출력 단어를 예측하는 각 시점마다 인코더에서의 전체 입력을 다시 한 번 참고하는 건데, 이 때 모든 입력 단어를 동일한 비중으로 고려하지 않고 해당 시점에서 예측해야 할 단어와 관련있는 입력 단어 부분에 더 집중하겠다’는 겁니다. 이런 두 가지의 기법을 기반으로, DeepSeekMoE는 모델의 효율성을 한층 개선, 특히 대규모의 데이터셋을 처리할 때 다른 MoE 모델보다도 더 좋은 성능을 달성할 수 있습니다. DeepSeek 연구진이 고안한 이런 독자적이고 혁신적인 접근법들을 결합해서, DeepSeek-V2가 다른 오픈소스 모델들을 앞서는 높은 성능과 효율성을 달성할 수 있게 되었습니다. 대부분의 오픈소스 비전-언어 모델이 ‘Instruction Tuning’에 집중하는 것과 달리, 시각-언어데이터를 활용해서 Pretraining (사전 훈련)에 더 많은 자원을 투입하고, 고해상도/저해상도 이미지를 처리하는 두 개의 비전 인코더를 사용하는 하이브리드 비전 인코더 (Hybrid Vision Encoder) 구조를 도입해서 성능과 효율성의 차별화를 꾀했습니다.

불과 두 달 만에, DeepSeek는 뭔가 새롭고 흥미로운 것을 들고 나오게 됩니다: 바로 2024년 1월, 고도화된 MoE (Mixture-of-Experts) 아키텍처를 앞세운 DeepSeekMoE와, 새로운 버전의 코딩 모델인 DeepSeek-Coder-v1.5 등 더욱 발전되었을 뿐 아니라 매우 효율적인 모델을 개발, 공개한 겁니다. 두 모델 모두 DeepSeekMoE에서 시도했던, DeepSeek만의 업그레이드된 MoE 방식을 기반으로 구축되었는데요. 1: MoE (Mixture of Experts) 아키텍처란 무엇인가? 먼저 기본적인 MoE (Mixture of Experts) 아키텍처를 생각해 보죠. 기존의 MoE 아키텍처는 게이팅 메커니즘 (Sparse Gating)을 사용해서 각각의 입력에 가장 관련성이 높은 전문가 모델을 선택하는 방식으로 여러 전문가 모델 간에 작업을 분할합니다. DeepSeek-V2는 위에서 설명한 혁신적인 MoE 기법과 더불어 DeepSeek 연구진이 고안한 MLA (Multi-Head Latent Attention)라는 구조를 결합한 트랜스포머 아키텍처를 사용하는 최첨단 언어 모델입니다. 특히 DeepSeek-V2는 더 적은 메모리를 사용하면서도 더 빠르게 정보를 처리하는 또 하나의 혁신적 기법, MLA (Multi-Head Latent Attention)을 도입했습니다. 공유 전문가가 있다면, 모델이 구조 상의 중복성을 줄일 수 있고 동일한 정보를 여러 곳에 저장할 필요가 없어지게 되죠. DeepSeek-V2에서 도입한 MLA라는 구조는 이 어텐션 메커니즘을 변형해서 KV 캐시를 아주 작게 압축할 수 있게 한 거고, 그 결과 모델이 정확성을 유지하면서도 정보를 훨씬 빠르게, 더 적은 메모리를 가지고 처리할 수 있게 되는 거죠. 2023년 11월 2일부터 DeepSeek의 연이은 모델 출시가 시작되는데, 그 첫 타자는 DeepSeek Coder였습니다. 자, 이렇게 창업한지 겨우 반년 남짓한 기간동안 스타트업 DeepSeek가 숨가쁘게 달려온 모델 개발, 출시, 개선의 역사(?)를 흝어봤는데요.

자, 이제 이 글에서 다룰 마지막 모델, DeepSeek-Coder-V2를 살펴볼까요? 자, 이제 DeepSeek-V2의 장점, 그리고 남아있는 한계들을 알아보죠. 이제 이 최신 모델들의 기반이 된 혁신적인 아키텍처를 한 번 살펴볼까요? 이 Lean 4 환경에서 각종 정리의 증명을 하는데 사용할 수 있는 최신 오픈소스 모델이 DeepSeek-Prover-V1.5입니다. 자, 그리고 2024년 8월, 바로 며칠 전 가장 따끈따끈한 신상 모델이 출시되었는데요. 바로 이어서 2024년 2월, 파라미터 7B개의 전문화 모델, DeepSeekMath를 출시했습니다. 그리고 2024년 3월 말, DeepSeek는 비전 모델에 도전해서 고품질의 비전-언어 이해를 하는 모델 DeepSeek-VL을 출시했습니다. 거의 한 달에 한 번 꼴로 새로운 모델 아니면 메이저 업그레이드를 출시한 셈이니, 정말 놀라운 속도라고 할 수 있습니다. 허깅페이스 기준으로 지금까지 DeepSeek이 출시한 모델이 48개인데, 2023년 DeepSeek과 비슷한 시기에 설립된 미스트랄AI가 총 15개의 모델을 내놓았고, 2019년에 설립된 독일의 알레프 알파가 6개 모델을 내놓았거든요. 트랜스포머에서는 ‘어텐션 메커니즘’을 사용해서 모델이 입력 텍스트에서 가장 ‘유의미한’ - 관련성이 높은 - 부분에 집중할 수 있게 하죠. 이렇게 하면, 모델이 데이터의 다양한 측면을 좀 더 효과적으로 처리할 수 있어서, 대규모 작업의 효율성, 확장성이 개선되죠. ‘공유 전문가’는 위에 설명한 라우터의 결정에 상관없이 ‘항상 활성화’되는 특정한 전문가를 말하는데요, 여러 가지의 작업에 필요할 수 있는 ‘공통 지식’을 처리합니다.

물론 허깅페이스에 올라와 있는 모델의 수가 전체적인 회사의 역량이나 모델의 수준에 대한 직접적인 지표가 될 수는 없겠지만, DeepSeek이라는 회사가 ‘무엇을 해야 하는가에 대한 어느 정도 명확한 그림을 가지고 빠르게 실험을 반복해 가면서 모델을 출시’하는구나 짐작할 수는 있습니다. DeepSeekMoE는 LLM이 복잡한 작업을 더 잘 처리할 수 있도록 위와 같은 문제를 개선하는 방향으로 설계된 MoE의 고도화된 버전이라고 할 수 있습니다. 과연 DeepSeekMoE는 거대언어모델의 어떤 문제, 어떤 한계를 해결하도록 설계된 걸까요? DeepSeekMoE는 각 전문가를 더 작고, 더 집중된 기능을 하는 부분들로 세분화합니다. 더 적은 수의 활성화된 파라미터를 가지고도 DeepSeekMoE는 Llama 2 7B와 비슷한 성능을 달성할 수 있었습니다. 하지만 각 전문가가 ‘고유한 자신만의 영역’에 효과적으로 집중할 수 있도록 하는데는 난점이 있다는 문제 역시 있습니다. 따라서 각각의 전문가가 자기만의 고유하고 전문화된 영역에 집중할 수 있습니다. 그 결과, DeepSeek는 정해진 토큰 예산 안에서 고해상도 이미지 (1024X1024)를 효율적으로 처리하면서도 계산의 오버헤드를 낮게 유지할 수 있다는 걸 보여줬습니다 - 바로 DeepSeek가 해결하고자 했던, 계산 효율성 (Computational Efficiency) 문제를 성공적으로 극복했다는 의미죠. 그 이후 2024년 5월부터는 DeepSeek-V2와 DeepSeek-Coder-V2 모델의 개발, 성공적인 출시가 이어집니다. MoE에서 ‘라우터’는 특정한 정보, 작업을 처리할 전문가(들)를 결정하는 메커니즘인데, 가장 적합한 전문가에게 데이터를 전달해서 각 작업이 모델의 가장 적합한 부분에 의해서 처리되도록 하는 것이죠. 이렇게 하는 과정에서, 모든 시점의 은닉 상태들과 그것들의 계산값을 ‘KV 캐시 (Key-Value Cache)’라는 이름으로 저장하게 되는데, 이게 아주 메모리가 많이 필요하고 느린 작업이예요.