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安卓手机部署大模型实战

作者：笔触狂放9 | 2024-07-27 10:30:33

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安卓手机部署大模型实战

本文作者系360奇舞团前端开发工程师

前言

自ChatGPT发布以来，大语言模型（Large language model, LLM)就成了AI乃至整个计算机科学的话题中心。学术界，工业界围绕大语言模型本身及其应用展开了广泛的讨论，大量的新的实践层出不穷。

由于LLM对计算资源的需求极大，有能力部署大语言模型的公司和实验室一般通过搭建集群，然后开放API或者网页demo的方式让用户可以使用模型。在人们纷纷发挥想象力尝试各种prompt与模型对话的时候，我们也注意到在一些应用场景中，出于定制化、个性化或者隐私性的目的，人们想要自己在各种终端设备中本地运行大语言模型，不需要/不希望连接互联网或者依赖于服务器，例如

1、智能汽车的终端可以对驾驶员的操作习惯定制化
2、智能家居的终端可以对户主的生活习惯定制化
3、手机游戏，或者主机游戏中NPC的对话可以根据玩家的行为而改变
4、PC端的应用希望本地部署聊天机器人，但是用户的显卡可能是N卡，A卡，或者集成显卡，安装了CUDA/Vulkan/OpenCL驱动

希望能够让每个人都可以开发，优化和部署AI大模型，让它工作在每个人都能方便获得的设备上。

如何做

我们采用了机器学习编译技术来解决这一类问题。

MLC LLM 是一个用于大型语言模型的机器学习编译器和高性能部署引擎。该项目的使命是让每个人都能够在每个人的平台上原生地开发、优化和部署 AI 模型。

本页是一个快速教程，介绍如何尝试 MLC LLM，以及使用 MLC LLM 部署您自己的模型的步骤。

MLC介绍

这里稍微讲解了一些MLC的基本概念，以帮助我们使用和了解 MLC LLM。f0c18eb72adc8e92f8667305e2f25089.jpegMLC-LLM 由三个不同的子模块组成：模型定义、模型编译和模型运行。

MLC LLM 的三个独立子模块

1、Python 中的模型定义。MLC 提供各种预定义架构，例如 Llama（例如 Llama2、Vicuna、OpenLlama、Wizard）、GPT-NeoX（例如 RedPajama、Dolly）、RNN（例如 RWKV）和 GPT-J（例如MOSS）。开发人员可以仅使用纯 Python 定义模型，而无需接触编码。

2、Python 中的模型编译。模型由TVM Unity编译器编译，其中编译配置为纯 Python。MLC LLM 将基于 Python 的模型量化导出到模型库并量化模型权重。可以用纯 Python 开发量化和优化算法，以针对特定用例压缩和加速 LLM。

3、不同平台的模型运行。每个平台上都提供了 MLCChat 的变体：用于命令行的C++ 、用于 Web 的Javascript 、用于 iOS 的Swift 和用于 Android 的Java，可通过 JSON 进行配置。开发人员只需熟悉平台即可将 MLC 编译的 LLM 集成到他们的项目中。

MLC LLM 还有很多概念，这里不在过多赘述，下面我们直接开始实践。

基本环境配置

这是我这里的硬件配置

电脑：mac m2芯片 测试手机：Pixel 4,Android 11,运行内存6g

电脑根据官网所说，在windows、linux、mac都可以跑通，主要强调一下手机，运行内存需至少需大于6g,这个配置上可以跑gemma-2b，Qwen2-1.5B等较小的模型，但如果是Llama2-13B较大的，很可能会超出内存

需要的环境依赖不少，这里我们一步一步慢慢来

Anaconda 配置

在MLC中需要使用的python最低版本在3.10以上，为避免环境冲突，所以最好使用虚拟环境来进行环境配置，这里推荐使用Anconda来配置虚拟环境，相关的安装方法，可参考Anaconda安装

创建虚拟环境，后续的一些操作都尽量在虚拟环境中去操作

  1. # 创建一个 your-environment的虚拟环境，python版本为3.10
  2. conda create -n your-environment python==3.10 
  3. # 进入虚拟环境
  4. activate your-environment

Rust

来自官网的介绍：Rust (install) is needed to cross-compile HuggingFace tokenizers to Android. Make sure rustc, cargo, and rustup are available in $PATH. 如此安装：

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

Android Studio

要使用Android Studio就需要安装 SDK、NDK、CMake和JAVA。

其中Android Studio可以在官网中去下载。13f4e0be4756c0f6c43fe40d1f27cb12.jpeg在 Android Studio 单击“File → Settings → Languages & Frameworks → Android SDK → SDK Tools”，选择安装NDK、CMake和Android SDK Platform-Tools。安装完成后，需要在环境变量中去对NDK等进行配置才可使用。

配置环境变量

  1. export ANDROID_NDK="$HOME/Library/Android/sdk/ndk/27.0.11902837"
  2. export ANDROID_HOME="$HOME/Library/Android/Sdk"
  3. export PATH="$PATH:$HOME/Library/Android/Sdk/cmake/3.22.1/bin"
  4. export PATH="$PATH:$HOME/Library/Android/Sdk/platform-tools"
  5. export TVM_NDK_CC="$ANDROID_NDK/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/bin/aarch64-linux-android24-clang"
  6. export TVM_SOURCE_DIR="$HOME/pyProjects/intelli-vista/3rdparty/tvm"
  7. export TVM_HOME="$TVM_HOME/include/tvm/runtime"
  8. export MLC_LLM_SOURCE_DIR="$HOME/pyProjects/intelli-vista"
  9. export JAVA_HOME="/Applications/Android\ Studio.app/Contents/jbr/Contents/Home"

Java

Android Studio需要安装openjdk，官方要求的版本是>17。安装教程很多，这里以linux常用的安装方式为列：

  1. # 更新update
  2. sudo apt update
  3. # 安装openjdk17
  4. sudo apt install openjdk-17-jdk 
  5. # 查看jdk17的安装路径
  6. sudo update-alternatives --list java
  7. # 用上面命令获取的路径，编入到bashrc文件的最后一行中
  8. vi ~/.bashrc
  9. # 将下面的命令，编入到bashrc文件的最后一行中
  10. export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-17-openjdk-amd64/bin/java
  11. # 更新环境变量
  12. source ~/.bashrc

TVM Unity runtime

这个就在我们接下来要git clone的包里，在 3rdparty/tvm里面，所以不需要额外下载，只需要在上面环境配置中路径写对即可。

TVM Unity compiler

我们需要用这个来对模型进行编译，也可以直接使用官网提供的prebuilt model，这样就不用安装，本章直接使用官网已经提供的作为展示。

  1. conda activate your-environment
  2. python -m pip install --pre -U -f https://mlc.ai/wheels mlc-ai-nightly

TVM的安装验证：以下命令可以帮助确认 TVM 是否已正确安装为 python 包并提供 TVM python 包的位置

  1. >>> python -c "import tvm; print(tvm.__file__)"
  2. /some-path/lib/python3.10/site-packages/tvm/__init__.py

MLC-LLM安装

  1. # 克隆源代码及源代码附属的子项目
  2. git clone https://github.com/mlc-ai/mlc-llm.git --recursive
  3. # 进入mlc-llm文件夹
  4. cd mlc-llm
  5. # 将mlc-llm安装进环境
  6. pip install .

验证安装

  1. >>> mlc_llm --help
  2. usage: MLC LLM Command Line Interface. [-h]
  3.                                        {compile,convert_weight,gen_config,chat,serve,bench}
  4.  
  5. positional arguments:
  6.   {compile,convert_weight,gen_config,chat,serve,bench}
  7.                         Subcommand to to run. (choices: compile,
  8.                         convert_weight, gen_config, chat, serve, bench)
  9.  
  10. options:
  11.   -h, --help            show this help message and exit

构建运行时和模型库

Android 应用程序构建的模型在 中指定MLCChat/mlc-package-config.json：在 中model_list，model指向 Hugging Face 存储库，该存储库 model指向包含预转换模型权重的 Hugging Face 存储库。Android 应用程序将从 Hugging Face URL 下载模型权重。model_id是唯一的模型标识符。estimated_vram_bytes是对模型在运行时所占用的 vRAM 的估计。"bundle_weight": true意味着模型的模型权重将在构建时捆绑到应用程序中。overrides指定一些模型配置参数覆盖。

此处我们测试两个模型gemma-2b 和 Qwen2-1.5B，所以配置mlc-package-config.json为：

  1. {
  2.     "device": "android",
  3.     "model_list": [
  4.         {
  5.             "model": "HF://mlc-ai/gemma-2b-it-q4f16_1-MLC",
  6.             "model_id": "gemma-2b-q4f16_1-MLC",
  7.             "estimated_vram_bytes": 3000000000,
  8.             "bundle_weight": true
  9.         },
  10.         {
  11.             "model": "HF://mlc-ai/Qwen2-1.5B-Instruct-q4f16_1-MLC",
  12.             "estimated_vram_bytes": 3980990464,
  13.             "model_id": "Qwen2-1.5B-Instruct-q4f16_1-MLC",
  14.             "bundle_weight": true
  15.         }
  16.     ]
  17. }

我们有一个单行命令来构建和准备所有模型库：

  1. cd /path/to/MLCChat  # e.g., "android/MLCChat"
  2. export MLC_LLM_SOURCE_DIR=/path/to/mlc-llm  # e.g., "../.."
  3. mlc_llm package

该命令主要执行以下两个步骤：编译模型。我们将每个模型编译model_list成MLCChat/mlc-package-config.json二进制模型库。

构建运行时和标记器。除了模型本身之外，还需要轻量级运行时和标记器来实际运行 LLM。

该命令创建一个./dist/包含运行时和模型构建输出的目录。请确保以下所有文件都存在于中./dist/。

  1. dist
  2. └── lib
  3.     └── mlc4j
  4.         ├── build.gradle
  5.         ├── output
  6.         │   ├── arm64-v8a
  7.         │   │   └── libtvm4j_runtime_packed.so
  8.         │   └── tvm4j_core.jar
  9.         └── src
  10.             ├── cpp
  11.             │   └── tvm_runtime.h
  12.             └── main
  13.                 ├── AndroidManifest.xml
  14.                 ├── assets
  15.                 │   └── mlc-app-config.json
  16.                 └── java
  17.                     └── ...

移动 GPU 中的模型执行逻辑已整合到 中libtvm4j_runtime_packed.so，而tvm4j_core.jar是与之绑定的轻量级 (~60 kb) Java 。dist/lib/mlc4j是一个 gradle 子项目，您应将其包含在应用中，以便 Android 项目可以引用 mlc4j (MLC LLM java 库)。此库打包了执行模型所需的依赖模型库和必要的运行时。

我们定义的模型下载后会在这里

  1. dist
  2. ├── bundle
  3. │   ├── gemma-2b-q4f16_1   # The model weights that will be bundled into the app.
  4. │   └── mlc-app-config.json
  5. └── ...

由于环境和网络限制，可以使用国内大佬们提供好的下载，也可以采用一些特别手段，这里不在赘述。

构建Android应用程序

生成 APK。进入 Android Studio，点击“Build → Generate Signed Bundle/APK”生成 APK 进行发布。如果是第一次生成 APK，需要根据Android 官方指南生成密钥。此 APK 将放置在 下android/MLCChat/app/release/app-release.apk。

在手机设置的开发者模式中启用“USB 调试”。运行以下命令，如果 ADB 安装正确，你的手机将显示为设备：

adb devices

将 APK 和权重安装到您的手机。运行以下命令安装应用程序，并将本地权重推送到设备上的应用程序数据目录。完成后，您可以在设备上启动 MLCChat 应用程序。bundle_weight设置为 true 的模型的权重已存在于设备上。

  1. cd /path/to/MLCChat  # e.g., "android/MLCChat"
  2. python bundle_weight.py --apk-path app/release/app-release.apk

现在已经可以在手机上运行大模型了1d0754cc3ffb55e2a2bf721428321527.jpeg

由于手机硬件问题，目前只能跑像gemma-2b 或者 Qwen2-1.5B较小的模型，后续会在其他手机上尝试跑一下更大的模型例如Llama-13B。

参考文档：

https://llm.mlc.ai/docs/deploy/android.html

- END -

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