ระบบปฏิบัติการ AIOS สำหรับเอเย่นต์ LLM

ในรอบ 60 ปีที่ผ่านมา ระบบปฏิบัติการได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยพัฒนาไปจากระบบปฏิบัติการแบบพื้นฐานไปสู่ระบบปฏิบัติการที่ซับซ้อนและโต้ตอบได้ ซึ่งใช้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ในยุคปัจจุบัน ในช่วงแรก ระบบปฏิบัติการทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างฟังก์ชันไบนารี่ของฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ เช่น การจัดการเกต และงานระดับผู้ใช้ แต่เมื่อเวลาผ่านไป ระบบปฏิบัติการก็ได้พัฒนาไปจากการจัดการงานแบบแบตช์ไปสู่เทคนิคการจัดการกระบวนการที่ซับซ้อน รวมถึงการทำงานหลายอย่างพร้อมกันและแบ่งเวลา ซึ่งช่วยให้ระบบปฏิบัติการสมัยใหม่สามารถจัดการงานที่ซับซ้อนได้อย่างหลากหลาย การแนะนำอินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก (GUI) เช่น Windows และ MacOS ทำให้ระบบปฏิบัติการสมัยใหม่มีความเป็นมิตรและโต้ตอบได้มากขึ้น และยังขยายระบบปฏิบัติการด้วยไลบรารีรันไทม์และชุดเครื่องมือพัฒนาที่ครอบคลุม

นวัตกรรมล่าสุดรวมถึงการบูรณาการและการใช้งานโมเดลภาษาขนาดใหญ่ (LLM) ซึ่งได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมต่างๆ โดยปลดปล่อยความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในช่วงไม่นานมานี้ เอเย่นต์ฉลาดที่ใช้ LLM ได้แสดงความสามารถที่น่าประทับใจ โดยบรรลุผลลัพธ์ที่คล้ายกับมนุษย์ในงานต่างๆ อย่างไรก็ตาม เอเย่นต์เหล่านี้ยังคงอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาที่เริ่มต้น และเทคนิคปัจจุบันเผชิญกับความท้าทายหลายประการที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและประสิทธิผล ความท้าทายทั่วไป ได้แก่ การจัดตารางคำขอของเอเย่นต์เหนือโมเดลภาษาขนาดใหญ่ ความซับซ้อนในการบูรณาการเอเย่นต์ที่มีความเชี่ยวชาญต่างกัน และการรักษาความเข้าใจระหว่างการโต้ตอบระหว่าง LLM และเอเย่นต์ การพัฒนาอย่างรวดเร็วและความซับซ้อนของเอเย่นต์ที่ใช้ LLM มักนำไปสู่การอุดตันและใช้ทรัพยากรที่ไม่เหมาะสม

เพื่อแก้ไขความท้าทายเหล่านี้ บทความนี้จะพูดถึง AIOS ระบบปฏิบัติการสำหรับเอเย่นต์ LLM ที่ออกแบบมาเพื่อผสมผสานโมเดลภาษาขนาดใหญ่เข้ากับระบบปฏิบัติการ โดยให้ “จิตวิญญาณ” แก่ระบบปฏิบัติการโดยเฉพาะ เฟรมเวิร์ก AIOS มุ่งหวังที่จะอำนวยความสะดวกในการสลับบริบทระหว่างเอเย่นต์ การจัดสรรทรัพยากรอย่างเหมาะสม การให้บริการเครื่องมือสำหรับเอเย่นต์ การควบคุมการเข้าถึง และการดำเนินการเอเย่นต์พร้อมกัน เราจะสำรวจกลไก เมทอดولوژی และสถาปัตยกรรมของ AIOS อย่างลึกซึ้ง และเปรียบเทียบกับเฟรมเวิร์กที่มีอยู่ในปัจจุบัน มาเริ่มกันเลย

หลังจากบรรลุความสำเร็จที่น่าประทับใจในโมเดลภาษาขนาดใหญ่ จุดสนใจถัดไปของอุตสาหกรรม AI และ ML คือการพัฒนาเอเย่นต์ AI ที่สามารถทำงานอิสระได้ โดยสามารถตัดสินใจด้วยตนเองและทำงานได้ด้วยการแทรกแซงจากมนุษย์ขั้นต่ำหรือไม่มีเลย เอเย่นต์ AI เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำความเข้าใจคำสั่งจากมนุษย์ประมวลผลข้อมูล ตัดสินใจ และดำเนินการเพื่อบรรลุสถานะอิสระ โดยมีการพัฒนาโมเดลภาษาขนาดใหญ่ใหม่ๆ ที่นำมาซึ่งความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในการพัฒนาเอเย่นต์เหล่านี้ เฟรมเวิร์ก LLM ที่มีอยู่ในปัจจุบัน เช่น DALL-E, GPT และอื่นๆ ได้แสดงความสามารถที่น่าประทับใจในการทำความเข้าใจคำสั่งจากมนุษย์ การให้เหตุผลและแก้ปัญหา และโต้ตอบกับผู้ใช้และสภาพแวดล้อมภายนอก เอเย่นต์ที่ใช้ LLM ที่สร้างขึ้นบนโมเดลภาษาขนาดใหญ่ที่ทรงพลังและสามารถทำงานได้หลากหลาย มีความสามารถในการทำงานที่หลากหลายในหลายสภาพแวดล้อม ตั้งแต่ผู้ช่วยเสมือนไปจนถึงระบบที่ซับซ้อนและซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหา การให้เหตุผล การวางแผน และการดำเนินการ

ตัวอย่างข้างต้นแสดงให้เห็นว่าเอเย่นต์ LLM สามารถแก้ปัญหาในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างไร เมื่อผู้ใช้ขอข้อมูลการเดินทาง ระบบจะแบ่งงานออกเป็นขั้นตอนการดำเนินการที่สามารถทำได้ จากนั้นเอเย่นต์จะดำเนินการตามขั้นตอนเหล่านั้นตามลำดับ โดยการจองเที่ยวบิน จองโรงแรม ประมวลผลการชำระเงิน และอื่นๆ ในระหว่างการดำเนินการเหล่านั้น สิ่งที่ทำให้เอเย่นต์เหล่านี้แตกต่างจากซอฟต์แวร์แบบดั้งเดิมคือความสามารถในการตัดสินใจและใช้เหตุผลในการดำเนินการขั้นตอนเหล่านั้น นอกจากนี้ การเติบโตอย่างรวดเร็วของเอเย่นต์เหล่านี้ยังทำให้เกิดความต้องการสูงขึ้นต่อฟังก์ชันของโมเดลภาษาขนาดใหญ่และระบบปฏิบัติการ และตัวอย่างหนึ่งคือการจัดลำดับความสำคัญและการจัดตารางคำขอของเอเย่นต์เหนือโมเดลภาษาขนาดใหญ่ที่จำกัด ซึ่งเป็นความท้าทายที่สำคัญ

เพื่อแก้ไขความท้าทายเหล่านี้ AIOS ระบบปฏิบัติการสำหรับโมเดลภาษาขนาดใหญ่ ให้บริการการรวมและการแยกโมดูลของฟังก์ชัน LLM และ OS เฟรมเวิร์ก AIOS เสนอการออกแบบเคอร์เนล LLM โดยพยายามหลีกเลี่ยงความขัดแย้งระหว่างงานที่เกี่ยวข้องกับโมเดลภาษาขนาดใหญ่และงานที่ไม่เกี่ยวข้อง เคอร์เนลที่เสนอแยกหน้าที่ของระบบปฏิบัติการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหน้าที่ที่ดูแลเอเย่นต์ LLM ชุดเครื่องมือพัฒนา และทรัพยากรที่เกี่ยวข้อง การแยกส่วนนี้ช่วยให้เคอร์เนล LLM พยายามปรับปรุงการประสานงานและการจัดการกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับ LLM

AIOS : วิธีการและสถาปัตยกรรม

ตามที่คุณสังเกตเห็น มีกลไกหลัก 6 ประการในการทำงานของเฟรมเวิร์ก AIOS

• ตารางเวลาเอเย่นต์: งานที่ได้รับมอบหมายให้ตารางเวลาเอเย่นต์คือการจัดตารางและจัดลำดับความสำคัญคำขอของเอเย่นต์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้โมเดลภาษาขนาดใหญ่

• ผู้จัดการบริบท: งานที่ได้รับมอบหมายให้ผู้จัดการบริบทคือการสนับสนุนการบันทึกและกู้คืนสถานะการสร้างระหว่างของโมเดลภาษาขนาดใหญ่ และการจัดการหน้าต่างบริบทของโมเดลภาษาขนาดใหญ่

• ผู้จัดการหน่วยความจำ: ความรับผิดชอบหลักของผู้จัดการหน่วยความจำคือการให้หน่วยความจำระยะสั้นสำหรับบันทึกการโต้ตอบของแต่ละเอเย่นต์

• ผู้จัดการเก็บข้อมูล: ผู้จัดการเก็บข้อมูลมีความรับผิดชอบในการเก็บบันทึกการโต้ตอบของเอเย่นต์ไว้ในเก็บข้อมูลระยะยาวเพื่อดึงข้อมูลในอนาคต

• ผู้จัดการเครื่องมือ: ผู้จัดการเครื่องมือจัดการการเรียกใช้เครื่องมือ API ภายนอกสำหรับเอเย่นต์

• ผู้จัดการการเข้าถึง: ผู้จัดการการเข้าถึงบังคับใช้นโยบายการเข้าถึงและความเป็นส่วนตัวระหว่างเอเย่นต์

นอกเหนือจากกลไกที่กล่าวถึงข้างต้น เฟรมเวิร์ก AIOS ยังมีสถาปัตยกรรมแบบชั้น ซึ่งแบ่งออกเป็นสามชั้นหลัก: ชั้นแอปพลิเคชัน ชั้นเคอร์เนล และชั้นฮาร์ดแวร์ สถาปัตยกรรมแบบชั้นที่ใช้โดยเฟรมเวิร์ก AIOS รับประกันว่าความรับผิดชอบจะถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งระบบ และชั้นที่สูงกว่าจะแยกความซับซ้อนของชั้นต่ำกว่า ทำให้สามารถโต้ตอบได้ด้วยโมดูลหรืออินเทอร์เฟซเฉพาะ ช่วยเพิ่มการแยกส่วนและทำให้การโต้ตอบระหว่างชั้นต่างๆ ง่ายขึ้น

เริ่มต้นด้วยชั้นแอปพลิเคชัน ชั้นนี้ใช้สำหรับการพัฒนาและใช้งานเอเย่นต์แบบแอปพลิเคชัน เช่น เอเย่นต์ทางคณิตศาสตร์หรือเอเย่นต์สำหรับการเดินทาง ในชั้นแอปพลิเคชัน เฟรมเวิร์ก AIOS ให้ AIOS SDK โดยมีการเรียกฟังก์ชันระบบที่มีการ trừย่ออย่างสูง ซึ่งทำให้กระบวนการพัฒนาสำหรับนักพัฒนาเอเย่นต์ง่ายขึ้น ชุดพัฒนาซอฟต์แวร์ที่ AIOS เสนอนั้นให้เครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการพัฒนาแอปพลิเคชันเอเย่นต์ โดยการแยกความซับซ้อนของฟังก์ชันระบบระดับต่ำออกไป ทำให้นักพัฒนาสามารถมุ่งเน้นไปที่ฟังก์ชันและตรรกะที่สำคัญของเอเย่นต์ ซึ่งนำไปสู่กระบวนการพัฒนาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ต่อไป ชั้นเคอร์เนลถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน: เคอร์เนล LLM และเคอร์เนล OS ทั้งเคอร์เนล OS และเคอร์เนล LLM มีหน้าที่ที่ไม่เหมือนกันสำหรับการดำเนินการที่เกี่ยวข้องกับ LLM และการดำเนินการที่ไม่เกี่ยวข้องกับ LLM โดยการแยกส่วนนี้ช่วยให้เคอร์เนล LLM มุ่งเน้นไปที่งานที่เกี่ยวข้องกับโมเดลภาษาขนาดใหญ่ เช่น การจัดตารางเอเย่นต์และการจัดการบริบท ซึ่งเป็นกิจกรรมที่จำเป็นสำหรับการจัดการกับโมเดลภาษาขนาดใหญ่ เฟรมเวิร์ก AIOS มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงเคอร์เนลของโมเดลภาษาขนาดใหญ่โดยไม่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเคอร์เนล OS ที่มีอยู่มากนัก เคอร์เนล LLM มีโมดูลหลักหลายตัว รวมถึงตารางเวลาเอเย่นต์ ผู้จัดการหน่วยความจำ ผู้จัดการบริบท ผู้จัดการเก็บข้อมูล ผู้จัดการการเข้าถึง และอินเทอร์เฟซการเรียกฟังก์ชันระบบของ LLM ส่วนประกอบภายในชั้นเคอร์เนลได้รับการออกแบบเพื่อตอบสนองความต้องการการดำเนินการที่หลากหลายของแอปพลิเคชันเอเย่นต์ โดยรับประกันการดำเนินการและการจัดการที่มีประสิทธิภาพภายในเฟรมเวิร์ก AIOS

สุดท้าย เรามีชั้นฮาร์ดแวร์ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบทางกายภาพของระบบ รวมถึง GPU, CPU, อุปกรณ์เสริม, ฮาร์ดดิสก์ และหน่วยความจำ สิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจคือระบบของเคอร์เนล LLM ไม่สามารถโต้ตอบกับฮาร์ดแวร์โดยตรง และการเรียกฟังก์ชันเหล่านี้โต้ตอบกับการเรียกฟังก์ชันของระบบปฏิบัติการ ซึ่งจัดการทรัพยากรฮาร์ดแวร์โดยตรง การโต้ตอบโดยอ้อมระหว่างระบบของเคอร์เนล LLM และทรัพยากรฮาร์ดแวร์สร้างชั้นความปลอดภัยและความเป็นนามธรรม ทำให้เคอร์เนล LLM สามารถใช้ความสามารถของทรัพยากรฮาร์ดแวร์โดยไม่ต้องจัดการฮาร์ดแวร์โดยตรง ซึ่งอำนวยความสะดวกในการรักษาความสมบูรณ์และประสิทธิภาพของระบบ

การนำไปใช้

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น มีกลไกหลัก 6 ประการในการทำงานของเฟรมเวิร์ก AIOS ตารางเวลาเอเย่นต์ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการคำขอของเอเย่นต์อย่างมีประสิทธิภาพ และมีขั้นตอนการดำเนินการที่แตกต่างจากแนวคิดการดำเนินการที่เป็นไปตามลำดับแบบดั้งเดิม โดยที่เอเย่นต์ประมวลผลงานในลักษณะเชิงเส้น โดยให้ความสำคัญกับขั้นตอนจากเอเย่นต์เดียวกันก่อนที่จะไปยังเอเย่นต์ถัดไป ซึ่งนำไปสู่การรออย่างยาวนานสำหรับงานที่ปรากฏในลำดับที่หลัง ตารางเวลาเอเย่นต์ใช้กลยุทธ์เช่น Round Robin, First In First Out และอัลกอริธึมการกำหนดตารางเวลาอื่นๆ เพื่อปรับปรุงกระบวนการ

ผู้จัดการบริบทถูกออกแบบมาเพื่อจัดการบริบทที่ให้กับโมเดลภาษาขนาดใหญ่และกระบวนการสร้างที่ได้รับจากบริบทนั้น ผู้จัดการบริบทประกอบด้วยสองส่วนสำคัญ: การบันทึกและกู้คืนบริบท และการจัดการหน้าต่างบริบท การบันทึกและกู้คืนบริบทที่เฟรมเวิร์ก AIOS เสนอนั้นช่วยลดสถานการณ์ที่ตารางเวลาสั่งให้ระงับคำขอของเอเย่นต์

ตามที่แสดงในตัวอย่างต่อไปนี้ ผู้จัดการหน่วยความจำมีหน้าที่ในการจัดการหน่วยความจำระยะสั้นภายในวงจรชีวิตของเอเย่นต์ และรับประกันว่าข้อมูลจะถูกเก็บและสามารถเข้าถึงได้เฉพาะเมื่อเอเย่นต์กำลังทำงานอยู่

ในทางกลับกัน ผู้จัดการเก็บข้อมูลมีหน้าที่ในการเก็บข้อมูลในระยะยาว และดูแลการเก็บข้อมูลที่ต้องคงไว้สำหรับระยะเวลาที่ไม่แน่นอน โดยใช้การเก็บข้อมูลที่ทนทาน เช่น โซลูชันบนคลาวด์ ฐานข้อมูล และไฟล์ cục bộ เพื่อให้แน่ใจถึงความพร้อมและความสมบูรณ์ของข้อมูล นอกจากนี้ ในเฟรมเวิร์ก AIOS ผู้จัดการเครื่องมือจัดการเครื่องมือ API ที่หลากหลายเพื่อเพิ่มฟังก์ชันของโมเดลภาษาขนาดใหญ่ และตารางต่อไปนี้สรุปวิธีการที่ผู้จัดการเครื่องมือรวมเครื่องมือที่ใช้บ่อยจากแหล่งต่างๆ และจำแนกเป็นหมวดหมู่ต่างๆ

ผู้จัดการการเข้าถึงจัดระเบียบการควบคุมการเข้าถึงภายในเอเย่นต์ที่แตกต่างกัน โดยการบริหารกลุ่มสิทธิพิเศษที่อุทิศให้กับแต่ละเอเย่นต์ และปฏิเสธการเข้าถึงทรัพยากรของเอเย่นต์หากไม่ได้รับอนุญาตให้เข้าถึงทรัพยากรเหล่านั้น นอกจากนี้ ผู้จัดการการเข้าถึงยังมีหน้าที่ในการรวบรวมและรักษาบันทึกการตรวจสอบ ซึ่งเพิ่มความโปร่งใสของระบบ

AIOS : การทดลองและผลลัพธ์

การประเมินเฟรมเวิร์ก AIOS นำโดยคำถามการวิจัยสองประการ: ประการแรก คือ การจัดตารางของ AIOS ช่วยปรับปรุงความสมดุลระหว่างเวลารอและเวลาทำงานได้อย่างไร และประการที่สอง คือ การตอบสนองของ LLM ต่อคำขอของเอเย่นต์เป็นไปอย่างสม่ำเสมอหลังจากการระงับเอเย่นต์หรือไม่

เพื่อตอบคำถามเกี่ยวกับความสม่ำเสมอ นักพัฒนาทดสอบการทำงานของเอเย่นต์แต่ละตัวแยกกัน จากนั้นจึงดำเนินการเอเย่นต์เหล่านั้นพร้อมกัน และพยายามบันทึกผลลัพธ์ของพวกมันในแต่ละขั้นตอน ตามที่แสดงในตารางต่อไปนี้ คะแนน BERT และ BLEU มีค่าเท่ากับ 1.0 ซึ่งบ่งชี้ถึงความสอดคล้องที่สมบูรณ์ระหว่างผลลัพธ์ที่สร้างขึ้นในโหมดเอเย่นต์เดียวและหลายเอเย่นต์

เพื่อตอบคำถามเกี่ยวกับประสิทธิภาพ นักพัฒนาทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบระหว่างเฟรมเวิร์ก AIOS ที่ใช้การจัดตารางแบบ FIFO และแนวทางที่ไม่มีการจัดตาราง โดยที่เอเย่นต์ทำงานพร้อมกัน ในการไม่มีการจัดตาราง เอเย่นต์จะถูกดำเนินการตามลำดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้า: เอเย่นต์ทางคณิตศาสตร์ เอเย่นต์เล่าเรื่อง และเอเย่นต์สร้างข้อความ เพื่อประเมินประสิทธิภาพด้านเวลา เฟรมเวิร์ก AIOS ใช้สองมาตรการ: เวลารอและเวลาทำงาน และเนื่องจากเอเย่นต์ส่งคำขอหลายรายการไปยังโมเดลภาษาขนาดใหญ่ เวลารอและเวลาทำงานสำหรับเอเย่นต์แต่ละตัวจะถูกคำนวณเป็นค่าเฉลี่ยของเวลารอและเวลาทำงานสำหรับคำขอทั้งหมด ตามที่แสดงในตารางต่อไปนี้ แนวทางที่ไม่มีการจัดตารางแสดงผลลัพธ์ที่น่าพอใจสำหรับเอเย่นต์ที่อยู่ในลำดับต้นๆ แต่ประสบปัญหาในการรอและเวลาทำงานที่ยาวนานสำหรับเอเย่นต์ที่อยู่ในลำดับที่หลัง ในทางกลับกัน แนวทางการจัดตารางที่ใช้โดยเฟรมเวิร์ก AIOS ปรับเวลารอและเวลาทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความคิดสุดท้าย

ในบทความนี้ เราได้พูดถึง AIOS ระบบปฏิบัติการสำหรับเอเย่นต์ LLM ที่ออกแบบมาเพื่อผสมผสานโมเดลภาษาขนาดใหญ่เข้ากับระบบปฏิบัติการ โดยให้ “จิตวิญญาณ” แก่ระบบปฏิบัติการโดยเฉพาะ เฟรมเวิร์ก AIOS มุ่งหวังที่จะอำนวยความสะดวกในการสลับบริบทระหว่างเอเย่นต์ การจัดสรรทรัพยากรอย่างเหมาะสม การให้บริการเครื่องมือสำหรับเอเย่นต์ การควบคุมการเข้าถึง และการดำเนินการเอเย่นต์พร้อมกัน สถาปัตยกรรม AIOS แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการอำนวยความสะดวกในการพัฒนาและการใช้งานเอเย่นต์ LLM ที่เป็นอิสระ ซึ่งนำไปสู่ระบบนิเวศ AIOS-เอเย่นต์ที่มีประสิทธิภาพ มีประสิทธิผล และมีประสิทธิภาพมากขึ้น