Jak zrozumieć rodzinę transformerów AI - przewodnik po architekturach

Lilian Weng z OpenAI opublikowała zaktualizowaną wersję swojego przewodnika po architekturach transformerów - modeli, które stoją za każdym dużym modelem językowym, którego dziś używasz. Zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego GPT-5 radzi sobie lepiej z długimi tekstami niż starsze modele? Albo czemu DeepSeek V4-Pro jest tańszy przy podobnej jakości?

Odpowiedź tkwi w tych architekturach.

Ten artykuł to Twój przewodnik po kluczowych koncepcjach z materiału Weng. Bez matematyki, ale z konkretnymi przykładami, które pokażą Ci, co te mechanizmy robią w praktyce.

Czym w ogóle jest transformer i dlaczego o nim słyszysz

Transformer to architektura modelu AI wprowadzona w 2017 roku, która zrewolucjonizowała przetwarzanie języka naturalnego. Dziś każdy duży model językowy - GPT-5, Claude Opus 4.7, Gemini 3.1 Pro, DeepSeek V4-Pro - bazuje na transformerach.

Kluczowa różnica między transformerem a starszymi modelami? Mechanizm atencji. Model "patrzy" na różne części tekstu jednocześnie, zamiast przetwarzać go słowo po słowie. Różnica jak między czytaniem całego akapitu naraz a literowaniem go od lewej do prawej.

Podstawowa architektura transformera z blokami encoder-decoder

Jak działa mechanizm atencji w praktyce

Piszesz zdanie: "Kot siedział na macie, bo była miękka." Model musi zrozumieć, że "była" odnosi się do "maty", nie do "kota". Mechanizm atencji pozwala modelowi spojrzeć wstecz na wszystkie wcześniejsze słowa i obliczyć, które z nich są ważne dla zrozumienia "była".

W praktyce model tworzy trzy reprezentacje każdego słowa:

Query (zapytanie) - "czego szukam?"

Key (klucz) - "czym jestem?"

Value (wartość) - "co mogę wnieść?"

Dla słowa "była" model generuje query i porównuje je z kluczami wszystkich wcześniejszych słów. "Mata" dostaje wysoki wynik dopasowania, więc jej wartość mocno wpływa na rozumienie "była".

Multi-head attention - dlaczego jedna głowa to za mało

Zamiast jednego mechanizmu atencji, transformery używają wielu równoległych "głów" (heads). Każda głowa może skupić się na innym aspekcie tekstu - jedna na relacjach gramatycznych, druga na znaczeniu semantycznym, trzecia na kontekście długoterminowym.

W GPT-5 czy Claude Opus 4.7 liczba głów to parametr konfiguracyjny oznaczany jako h. Więcej głów = model widzi więcej wzorców jednocześnie. Ale też wymaga więcej mocy obliczeniowej.

Kodowanie pozycji - jak model wie, co było pierwsze

Mechanizm atencji ma jeden problem: nie wie, w jakiej kolejności słowa się pojawiły. "Kot goni psa" i "Pies goni kota" to dla czystej atencji to samo. Dlatego transformery dodają kodowanie pozycji (positional encoding) - informację o tym, gdzie w sekwencji znajduje się każde słowo.

Sinusoidalne kodowanie pozycji

Oryginalny transformer używał funkcji sinus i cosinus do zakodowania pozycji. Pozycja 1 dostaje jeden wzór sinusoidalny, pozycja 2 inny, i tak dalej. W praktyce to po prostu wektor liczb dodawany do każdego słowa, który mówi "jestem na pozycji X".

Zaleta: działa dla dowolnej długości tekstu, nawet jeśli model nie widział tak długich sekwencji podczas treningu.

Rotary Position Embedding (RoPE)

Nowsze modele - w tym większość współczesnych dużych modeli językowych - używają RoPE. Zamiast dodawać pozycję do słowa, RoPE "obraca" reprezentacje query i key w przestrzeni wektorowej. Efekt? Model lepiej radzi sobie z długimi tekstami i relacjami między odległymi fragmentami.

To jeden z powodów, dla których Llama 4 Scout obsługuje 10 milionów tokenów kontekstu - RoPE pozwala modelowi "pamiętać" odległe fragmenty tekstu bez utraty jakości.

Wizualizacja działania Rotary Position Embedding

Jak transformery radzą sobie z długim kontekstem

Podstawowy transformer ma problem: koszt obliczeniowy rośnie kwadratowo z długością tekstu. Tekst 2x dłuższy = 4x więcej obliczeń. Dlatego Weng opisuje kilka strategii wydłużania kontekstu bez spalania budżetu.

Context Memory - pamięć zewnętrzna

Niektóre modele używają zewnętrznej pamięci - oddzielnego miejsca, gdzie przechowują kluczowe informacje z wcześniejszych fragmentów tekstu. Zamiast przetwarzać cały tekst od nowa, model "zagląda" do pamięci po potrzebne fakty.

Przykład: analizujesz 100-stronicowy raport. Model przetwarza go sekcja po sekcji, zapisując kluczowe wnioski do pamięci. Kiedy dochodzi do podsumowania, zamiast czytać 100 stron ponownie, sięga do zapisanych wniosków.

Recurrent Transformers - gdy model wraca do siebie

Standardowy transformer przetwarza tekst raz, od początku do końca. Recurrent transformers dodają pętlę - model może wrócić do wcześniejszych warstw i "przemyśleć" trudne fragmenty ponownie.

Czytasz skomplikowane zdanie i czasem musisz wrócić na początek akapitu, żeby zrozumieć końcówkę. Modele z mechanizmem recurrent robią to automatycznie.

Adaptive modeling - model, który sam decyduje, jak bardzo się skupić

Nie każde słowo w tekście wymaga takiej samej uwagi. "Kot" w zdaniu "Kot wszedł do pokoju" to kluczowa informacja. "Do" to słowo funkcyjne - ważne gramatycznie, ale semantycznie drugorzędne.

Adaptive Attention Span

Zamiast patrzeć na wszystkie wcześniejsze słowa, model uczy się, jak daleko wstecz powinien sięgać dla każdego słowa. Proste słowa funkcyjne dostają krótki span (patrzą tylko na najbliższe słowa), kluczowe rzeczowniki dostają długi span (mogą sięgać daleko w przeszłość).

Efekt? Model jest szybszy, bo nie marnuje obliczeń na analizę nieistotnych relacji.

Depth-Adaptive Transformer

Niektóre modele uczą się, które warstwy są potrzebne dla danego zadania. Proste pytanie ("Jaka jest stolica Polski?") może dostać odpowiedź po 5 warstwach. Złożone rozumowanie ("Porównaj politykę monetarną EBC i Fed w latach 2020-2025") wymaga wszystkich 50 warstw.

Model sam decyduje, kiedy może "wyjść wcześniej" i zwrócić odpowiedź. To oszczędza czas i energię - szczególnie ważne w modelach takich jak Claude, gdzie płacisz za tokeny.

Depth-adaptive transformer aktywuje tylko potrzebne warstwy

Sparse attention - jak przetwarzać długie teksty bez bankructwa

Pełna atencja (każde słowo patrzy na każde inne) to koszt O(L²), gdzie L to długość tekstu. Dla 100 000 tokenów to 10 miliardów operacji. Sparse attention redukuje to do O(L log L) lub nawet O(L) przez ograniczenie, na które słowa model może patrzeć.

Fixed Local Context

Najprostsza strategia: każde słowo patrzy tylko na N najbliższych sąsiadów (np. 128 słów w każdą stronę). Działa dobrze dla tekstu, gdzie kontekst jest lokalny - artykuły, dokumenty techniczne, kod.

Ograniczenie: model traci zdolność do łączenia odległych fragmentów. Jeśli kluczowa informacja jest 500 słów wcześniej, model jej nie zobaczy.

Strided Context

Zamiast patrzeć na wszystkie słowa, model patrzy co N-te słowo. Pozycja 100 patrzy na 99, 98, 97... ale też na 90, 80, 70 - co 10 słów w tył.

Efekt: model widzi zarówno lokalny kontekst (ostatnie słowa), jak i globalny (odległe fragmenty), ale z niższą rozdzielczością.

Kombinacja lokalnego i globalnego kontekstu

Najbardziej zaawansowane modele łączą strategie. Niektóre głowy atencji dostają pełny lokalny kontekst (ostatnie 256 tokenów), inne dostają strided global context (co 64. token z całego tekstu).

To pozwala modelowi być jednocześnie precyzyjnym lokalnie i świadomym globalnie - czytanie książki z zakładkami na kluczowych rozdziałach.

Low-rank attention - matematyczna sztuczka na przyspieszenie

Macierz atencji (kto na kogo patrzy) to często ogromna tablica liczb. Low-rank attention wykorzystuje fakt, że większość tej macierzy to powtarzające się wzorce - można ją skompresować do mniejszej reprezentacji bez utraty jakości.

Przykład: zamiast przechowywać macierz 1000x1000 (milion liczb), model przechowuje dwie macierze 1000x64 (128 tysięcy liczb) i mnoży je, żeby odtworzyć oryginalną. Matematycznie równoważne, ale 8x mniej pamięci.

To jedna z optymalizacji, która pozwala DeepSeek V4-Pro działać 7x taniej niż Claude Opus 4.7 przy porównywalnej jakości - mniej pamięci = tańsze GPU = niższe koszty.

Transformery w reinforcement learning - poza tekstem

Weng wspomina też o użyciu transformerów poza NLP - w reinforcement learning. Zamiast przetwarzać słowa, model przetwarza sekwencje akcji agenta (np. ruchy w grze, decyzje robota).

Mechanizm atencji pozwala agentowi "pamiętać" wcześniejsze stany i decyzje, ucząc się długoterminowych strategii. To fundament dla systemów takich jak agenci AI z function calling, które muszą planować wieloetapowe działania.

Transformery w reinforcement learning analizują sekwencje akcji

Co to oznacza dla Ciebie jako użytkownika AI

Rozumienie tych mechanizmów nie wymaga od Ciebie implementowania transformerów od zera. Ale daje Ci przewagę:

Wybór modelu - wiesz, dlaczego Llama 4 Scout z RoPE radzi sobie lepiej z długimi dokumentami niż starsze modele

Optymalizacja kosztów - rozumiesz, czemu DeepSeek V4-Flash jest tańszy (sparse attention, low-rank) i kiedy warto zapłacić więcej za Claude Opus 4.7 (pełna atencja, więcej głów)

Debugging promptów - jeśli model "zapomina" kontekst, wiesz że to nie bug, tylko ograniczenie attention span - możesz przeformułować prompt, żeby kluczowe info było bliżej pytania

Kiedy czytasz, że nowy model "ma lepszą atencję" albo "obsługuje dłuższy kontekst", nie musisz już przyjmować tego na wiarę. Wiesz, jakie mechanizmy za tym stoją - i czy to rzeczywiście rozwiązuje Twój problem.

Praktyczny przykład: analiza długich dokumentów

Masz 50-stronicowy raport do przeanalizowania. Starszy model (bez RoPE, z fixed local context) może "zapomnieć" wnioski z pierwszych stron, kiedy dojdzie do końca. Nowszy model (RoPE + sparse attention z global context) zachowa kluczowe informacje przez cały dokument.

Nie musisz znać matematyki za RoPE. Wystarczy, że wiesz: "ten model ma RoPE, więc poradzi sobie z długim PDF bez gubienia wątku". To konkretna, użyteczna wiedza - nie teoria dla teorii.

Chcesz ogarnąć AI od podstaw?

Transformery, atencja, kodowanie pozycji - te koncepcje brzmią skomplikowanie, ale da się je zrozumieć bez matematyki. Na darmowym webinarze na żywo pokazuję krok po kroku, jak oszczędzać 10 godzin tygodniowo dzięki AI - bez wiedzy technicznej.
Zapisz się na darmowy webinar →
Wolisz uczyć się we własnym tempie? Sprawdź kurs AI Evolution

Podsumowanie

Materiał Lilian Weng to encyklopedia architektur transformerów - od podstawowej atencji przez kodowanie pozycji po zaawansowane optymalizacje jak sparse attention i low-rank decomposition. Nie musisz pamiętać wszystkich szczegółów. Kluczowe to zrozumienie, że każdy mechanizm rozwiązuje konkretny problem: atencja daje kontekst, RoPE obsługuje długie teksty, sparse attention obniża koszty.

Kiedy następnym razem przeczytasz o nowym modelu AI, będziesz wiedzieć, na co zwracać uwagę - i czy te ulepszenia mają znaczenie dla Twojego use case.

Jeden krok na start

Otwórz dowolny model AI, którego używasz i sprawdź jego dokumentację techniczną. Poszukaj informacji o typie kodowania pozycji (sinusoidal, learned, RoPE) i maksymalnym kontekście. Teraz wiesz, co te liczby oznaczają - i dlaczego mają znaczenie.

Najczęstsze pytania

Czy muszę znać matematykę, żeby rozumieć transformery?

Nie. Matematyka opisuje "jak" działają transformery na poziomie implementacji. Ty potrzebujesz wiedzieć "co" robią i "kiedy" ich użyć. Wystarczy zrozumienie koncepcyjne - atencja pozwala modelowi patrzeć na wiele słów naraz, kodowanie pozycji mówi mu o kolejności, sparse attention obniża koszty. Reszta to szczegóły implementacyjne.

Dlaczego nowsze modele obsługują dłuższy kontekst niż GPT-4?

GPT-4 używał learned positional encoding, które słabo skalowało się poza długość treningową. Nowsze modele (Llama 4, Claude Opus 4.7, Gemini 3.1) używają RoPE - kodowania, które działa dla dowolnej długości tekstu. Dodatkowo stosują sparse attention, która redukuje koszt obliczeniowy długich sekwencji z kwadratowego do liniowego.

Jak wybrać między modelem z pełną atencją a sparse attention?

Pełna atencja (Claude Opus 4.7, GPT-5) daje najwyższą jakość dla zadań wymagających precyzyjnego rozumienia całego kontekstu - analiza prawna, medyczna, złożone rozumowanie. Sparse attention (DeepSeek V4-Flash, Gemini 3.1 Flash) jest tańsza i szybsza, wystarczająca dla większości zadań biznesowych. Jeśli nie jesteś pewien - zacznij od sparse, przejdź na pełną tylko jeśli jakość nie wystarcza.

Co to znaczy, że model ma "więcej głów atencji"?

Multi-head attention to równoległe mechanizmy atencji, z których każdy skupia się na innym aspekcie tekstu. Więcej głów = model widzi więcej wzorców jednocześnie (gramatyka, semantyka, kontekst długoterminowy). Ale więcej głów to też wyższe koszty obliczeniowe. Typowe modele mają 32-96 głów - wystarczająco dużo, żeby być uniwersalnym, nie na tyle dużo, żeby być nieefektywnym.

Czy transformery są używane tylko w modelach językowych?

Nie. Transformery działają wszędzie tam, gdzie jest sekwencja danych - tekst, kod, dźwięk, sekwencje akcji w grach, dane szeregów czasowych. Mechanizm atencji to ogólna metoda znajdowania zależności w sekwencjach. Modele językowe to tylko najbardziej widoczne zastosowanie, ale architektura jest uniwersalna.

Na podstawie: The Transformer Family Version 2.0 - Lilian Weng (OpenAI)