Andrej Karpathy 发布新项目 nanochat：一个从零开始构建的极简全栈式 ChatGPT 克隆

刚刚，Andrej Karpathy 推出了他的最新开源项目 nanochat。与之前聚焦于预训练阶段的 nanoGPT 不同，nanochat 提供了一个从头开始、代码极简的全栈式类 ChatGPT 模型的训练与推理流水线。 整个项目被整合在一个依赖极少的单一代码库中，旨在帮助开发者和研究者深入理解大语言模型（LLM）的完整生命周期。

根据 Karpathy 的介绍，用户只需启动一台云端GPU服务器并运行一个脚本，最快在4小时后，便能通过一个类似 ChatGPT 的网页界面，与自己亲手训练的语言模型进行交互。

完整的端到端实现流程

nanochat 项目的代码量约 8000 行，覆盖了构建一个聊天机器人的完整技术流程，具体包括：

• 分词器训练 (Tokenizer Training): 采用了一个基于 Rust 的全新实现来训练分词器。
• 预训练 (Pre-training): 在 FineWeb 数据集上预训练一个 Transformer 架构的语言模型，并依据多项指标评估其 CORE 分数。
• 中间训练 (Intermediate Training): 使用来自 SmolTalk 的用户-助手对话数据、多项选择题及工具使用数据，对预训练模型进行进一步训练。
• 监督微调 (SFT): 在多个领域的基准测试上对聊天模型进行微调与评估，涵盖世界知识（ARC-easy/challenge, MMLU）、数学推理（GSM8K）和代码生成（HumanEval）。
• 强化学习 (RL): 提供一个可选的强化学习阶段，使用 “GRPO” 算法（PPO的简化变种）在 GSM8K 数据集上进一步优化模型。
• 高效推理 (Inference): 实现了一个带有 KV 缓存的高效推理引擎，支持 prefill/decode 模式和工具使用（通过轻量级沙箱调用 Python 解释器）。用户可以通过命令行或网页界面与模型交互。
• 生成式报告卡 (Report Card Generation): 自动生成一份 Markdown 格式的报告卡，以游戏化的方式总结和呈现整个训练过程的各项指标与成果。

成本与性能预期

Karpathy 详细说明了不同计算投入所能达成的模型性能水平：

• 约 100 美元成本（在 8x H100 节点上训练约 4 小时）： 可以训练出一个能够处理简单对话、生成故事或诗歌，并回答基础问题的小型 ChatGPT 克隆体。 经过约 12 小时的训练，模型的 CORE 指标能够超越 GPT-2。
• 约 1000 美元成本（训练约 41.6 小时）： 随着投入增加，模型将表现出更强的连贯性，能够解决简单的数学和代码问题，并在多项选择题测试中取得更好的成绩。

例如，一个拥有 30 层深度、训练 24 小时（其总计算量约等于 GPT-3 Small 125M 模型的千分之一）的模型，能在 MMLU 测试中获得 40+ 的分数，在 ARC-Easy 上得分超过 70，在 GSM8K 上的得分也达到了 20+。

项目愿景与技术细节

Karpathy 的核心目标是创建一个高度集成、代码极简、易于理解、可被任意修改和复刻（forkable）的强大基线技术栈。 nanochat 也将成为他正在开发的 LLM101n 课程的顶点项目。 他认为，该项目具备发展成为一个重要研究工具或行业基准的潜力，正如 nanoGPT 此前所取得的成功一样。

同时，Karpathy 也坦言，项目目前远未达到完全优化或精调的状态，但他认为其整体框架已经足够成熟，可以发布并交由社区共同改进。

技术细节与官方问答

在项目发布后，Karpathy 回答了社区关心的一些技术问题。

问：该项目训练所用的模型架构是什么？

Karpathy： 其架构基本与 Llama 类似，但经过了简化，并受到了一些修改版 nanoGPT 的启发。具体的技术选型包括：

• 核心架构： 密集的 Transformer (Dense Transformer)。
• 位置编码： 旋转位置嵌入 (RoPE)，不使用绝对位置嵌入。
• 归一化： 查询（Query）和键（Key）应用了归一化（QK Norm）。同时，在 Token 嵌入后和 MLP 层前使用了 RMSNorm，且 RMSNorm 中不包含可学习参数。
• 权重共享： 词嵌入（Embedding）与分类头（Unembedding）的权重不进行绑定。
• 激活函数： MLP 层中使用的激活函数为平方 ReLU，其数学表达式为：
  $$f(x)=(\text{ReLU}(x){)}^2=(\max (0,x){)}^2$$
• 偏置项： 所有线性层（Linear layers）均不使用偏置项（bias）。
• 注意力机制： 采用多查询注意力（Multi-Query Attention, MQA）。
• 输出处理： 对 Logits 应用 Softcap。
• 优化器： 采用 Muon + AdamW 优化器，这一选择深受修改版 nanoGPT 的影响。

问：我是否可以用这个项目来训练一个处理我个人数据（如 Notion 笔记、健康数据等）的私人聊天机器人？

Karpathy： Karpathy 认为 nanochat 目前并不适合此用途。他将这类小型模型比作“幼儿园水平的孩子”，它们不具备大型模型所拥有的原始智能。 直接用个人数据对这类模型进行微调，虽然可能在风格上模仿用户的写作，但生成内容的质量会很差。

要实现高质量的个人机器人，需要更复杂的流程，这在很大程度上仍属于前沿研究领域：

1. 首先，获取原始个人数据。
2. 在此基础上进行大量的合成数据生成与重写。
3. 在一个性能顶尖的开源大语言模型上进行微调。
4. 在微调过程中，可能还需要混合大量的预训练数据，以防止模型“遗忘”其原有的通用能力（即灾难性遗忘）。

对于非研究用途，Karpathy 推荐的替代方案是使用如 NotebookLM 这样的工具，它通过检索增强生成（RAG）技术来处理个人数据。 在此模式下，数据作为上下文被输入模型，但并不改变模型的权重。因此，模型并非真正地“了解”你，但这可能是当前最容易实现的方案。

相关链接

GitHub 仓库地址： https://github.com/karpathy/nanochat
更详细的技术介绍： https://github.com/karpathy/nanochat/discussions/1