Энергоэффективные модели языка белков: Использование малых языковых моделей с LoRA для контролируемой генерации белков

Крупные языковые модели (LLM) показали значительный успех в задачах обработки естественного языка (NLP) и продемонстрировали многообещающие результаты в других областях, таких как генерация последовательностей белков. Однако существуют существенные различия между LLM, используемыми для NLP, которые эффективно справляются с множеством задач и доступны в небольших размерах, и языковыми моделями белков, которые часто специализированы для конкретных задач и существуют только в более крупных размерах. В этой работе мы представляем две небольшие языковые модели белков, основанные на Llama-3-8B и Phi-3-mini, которые способны генерировать белки как неконтролируемым, так и контролируемым способом. Для задачи неконтролируемой генерации наша лучшая модель достигает среднего pLDDT-оценки 69.75, что свидетельствует о надежной работоспособности при создании жизнеспособных структур белков. Для задачи контролируемой генерации, где модель генерирует белки в соответствии с заданными в запросе свойствами, мы достигли выдающегося среднего TM-Score в 0.84, что указывает на высокую структурную схожесть с целевыми белками. Мы выбрали 10 свойств, включая шесть классов ферментов, чтобы расширить возможности предыдущих языковых моделей белков. Наш подход использует технику Low-Rank Adaptor (LoRA), сокращая количество обучаемых параметров до всего 4% от исходного размера модели, что снижает вычислительные требования. Используя подмножество набора данных UniRef50 и небольшие модели, мы сократили общее время обучения на 70% без ущерба для производительности. Стоит отметить, что Phi-3-mini сократил количество обучаемых параметров на 60%, уменьшив затраты на обучение на 30% по сравнению с Llama 3. В результате, Phi-3 достигла сопоставимого TM-Score в 0.81, демонстрируя, что меньшие модели могут соответствовать производительности более крупных, таких как Llama 3. Мы также продемонстрировали развертывание наших моделей на энергосберегающем чипе ET-SoC-1, значительно улучшив TPS/W в три раза.