NVIDIA发布Nemotron Nano 2：小身材大智慧，让AI推理速度飞跃6倍

这项由NVIDIA公司在2025年1月发布的重磅研究，为我们带来了一款名为Nemotron Nano 2的全新AI语言模型。该模型虽然只有90亿个参数，但在处理复杂推理任务时的表现却让人刮目相看。更令人惊喜的是，它的运行速度比同类型的主流AI模型快了3到6倍，同时保持着相当甚至更好的准确性。这项研究的完整技术报告已于2025年1月在arXiv平台发布，编号为arXiv:2508.14444v4，感兴趣的读者可以通过该编号在arXiv网站上找到完整论文。

回到AI发展的现状，我们不难发现一个矛盾现象：越来越强大的AI模型往往需要更多的计算资源和时间来处理任务，就像一个聪明但行动迟缓的巨人。对于需要快速响应的实际应用场景来说，这种"又慢又贵"的特性无疑是个大问题。NVIDIA的研究团队意识到了这个痛点，决定探索一条新的技术路径：能不能造出一个"小而精"的AI模型，既保持高水准的智能表现，又拥有闪电般的运行速度？

Nemotron Nano 2正是这种探索的结果。这个模型采用了一种全新的混合架构设计，将两种不同的AI技术巧妙融合在一起。可以将其理解为一个精心设计的团队合作模式：一部分成员擅长处理需要深度思考的复杂问题（Transformer结构），另一部分成员则专门负责快速处理连续性信息（Mamba结构）。通过这种分工协作，整个模型既保持了处理复杂推理的能力，又大幅提升了运行效率。

研究团队首先创建了一个拥有120亿参数的基础模型，然后通过一系列精巧的技术手段将其压缩到90亿参数，就像将一个庞大的图书馆重新整理，去除冗余内容但保留所有精华知识。整个训练过程使用了高达20万亿个数据样本，这相当于让AI模型阅读了人类历史上绝大部分的文字资料。

一、革命性的混合架构设计

Nemotron Nano 2最引人注目的特色在于其独特的混合架构。传统的AI语言模型通常只使用一种技术架构，就像一支只有一种兵种的军队。而Nemotron Nano 2则采用了"混合兵种"的策略，将Transformer和Mamba两种技术完美结合。

Transformer技术就像是一个善于全局思考的战略家，它能够同时关注整个问题的各个方面，理解复杂的上下文关系。这种技术在处理需要深度推理的任务时表现卓越，但缺点是运行速度相对较慢，因为它需要对所有信息进行综合分析。

相比之下，Mamba技术更像是一个行动敏捷的侦察兵，特别擅长处理连续性信息，运行速度极快。当处理长篇文本或需要快速响应的任务时，Mamba技术能够展现出惊人的效率。然而，它在处理需要复杂推理的任务时可能会力不从心。

NVIDIA的研究团队巧妙地将这两种技术按照特定比例组合：在整个模型的62个处理层中，只有6层使用Transformer技术专门处理复杂推理，其余56层则采用Mamba技术和传统的前馈网络来处理其他任务。这种8%的Transformer层配比经过精心计算，既确保了模型在复杂推理任务上的出色表现，又最大化了整体运行速度。

这种设计的巧妙之处在于"术业有专攻"。当AI遇到需要深度思考的问题时，Transformer层会充分发挥作用；而在处理常规文本生成或信息检索任务时，高效的Mamba层则会接手工作。两者协同配合，既保证了智能水平，又实现了速度突破。

实验结果证明了这种混合策略的有效性。在复杂的数学推理测试中，Nemotron Nano 2的准确率达到了97.75%，在科学问题回答测试中达到了64.48%，这些成绩都与那些参数规模更大的传统模型相当甚至更优。更重要的是，在生成长篇回答的场景中，它的运行速度比同类模型快了3到6倍。

二、海量数据的智慧积累

Nemotron Nano 2的出色表现离不开其庞大而精心策划的训练数据集。研究团队为这个AI模型准备了超过20万亿个数据样本，这个数字意味着什么呢？如果将这些数据打印成书，大概能填满整个地球上所有的图书馆。

然而，数据的质量比数量更加重要。NVIDIA团队没有简单地收集网络上的所有文本，而是像策展人筹备顶级展览一样，精心挑选和处理每一份数据。他们建立了多个专门的数据处理流水线，分别处理不同类型的内容。

在数学和科学领域，研究团队开发了一套创新的数据提取技术。传统的网页提取工具往往会破坏数学公式的格式，就像用扫描仪复印手写的数学题，结果可能面目全非。为了解决这个问题，团队使用了一种叫做"lynx"的特殊浏览器来渲染网页，确保数学公式和科学符号能够完整保留。随后，他们使用先进的AI模型（Phi-4）来清理和标准化这些内容，将各种不同格式的数学表达式统一转换为LaTeX格式，这就像为所有的数学公式制定了统一的"书写标准"。

在编程代码方面，团队从GitHub平台收集了大量高质量的源代码，但并非来者不拒。他们建立了严格的筛选机制：首先根据开源许可证进行过滤，只保留那些允许用于AI训练的代码；然后进行重复检测，因为网络上存在大量重复的代码文件；最后使用各种质量指标对代码进行评分，只保留那些编写规范、逻辑清晰的优质代码。

多语言数据的处理同样值得关注。团队收集了15种语言的高质量文本，包括阿拉伯语、中文、丹麦语、荷兰语、法语、德语、意大利语、日语、韩语、波兰语、葡萄牙语、俄语、西班牙语、瑞典语和泰语。为了确保每种语言的数据质量，他们使用了语言识别技术来过滤掉质量较差的内容，并对所有文本进行了去重处理。

更有趣的是，团队还生成了大量的合成数据。这就像为AI模型量身定制了专门的练习题。他们使用现有的强大AI模型来生成各种风格的问答对话、数学推理过程、编程教学内容等。这些合成数据不仅数量庞大，而且针对性很强，专门训练AI模型在特定任务上的能力。

在数据的组织和使用方面，团队采用了"分阶段训练"的策略。整个训练过程分为三个阶段，每个阶段使用不同比例的数据类型。第一阶段注重数据的多样性，让模型接触各种不同类型的内容；第二阶段开始侧重高质量数据，特别是科学、数学和编程相关的内容；第三阶段则主要使用最高质量的数据来进行"精调"，确保模型的最终表现达到最佳状态。

三、精密的模型训练过程

将Nemotron Nano 2从一个"白纸"状态训练成为智能助手的过程，就像培养一个学生从小学一直到博士毕业的完整教育历程。整个过程包含多个精心设计的阶段，每个阶段都有其特定的目标和方法。

预训练阶段是整个过程的基础，就像给学生打基础知识的小学和中学教育。在这个阶段，模型需要学习人类语言的基本规律和知识结构。研究团队使用了一种叫做"WSD"（预热-稳定-衰减）的学习速度控制策略。这就像培养学生的学习节奏：开始时慢慢适应（预热），然后保持稳定的学习强度（稳定），最后逐渐放慢节奏来巩固学习成果（衰减）。

整个预训练过程使用了20万亿个数据样本，模型的学习速度从最高的0.00045逐步降低到0.0000045。这种学习速度的精确控制非常关键，太快可能导致"囫囵吞枣"，太慢则会浪费训练时间。团队还使用了FP8精度训练技术，这是一种先进的数值计算方法，能够在保持精度的同时大幅提升训练效率。

长文本处理能力的培养是另一个重要环节。现实中的AI应用经常需要处理长篇文档或进行长时间的对话，这就要求模型具备"长期记忆"能力。为了训练这种能力，研究团队专门设计了一个长文本训练阶段，使用长达52万字符的文本序列进行训练。这相当于让AI模型一次性阅读一整本中等篇幅的小说，并要求它理解和记住其中的所有细节。

对齐训练是让AI模型学会"说人话"和"办人事"的关键步骤。在这个阶段，模型需要学习如何以符合人类期望的方式回应各种请求。研究团队使用了多种训练技术，包括监督微调（SFT）、强化学习（RLHF）等。可以将这个过程理解为一个实习生在资深导师指导下学习职场技能的过程。

监督微调阶段使用了大约900亿个经过精心标注的问答样本。这些样本覆盖了数学、科学、编程、多语言对话等各个领域。模型需要学习如何针对不同类型的问题给出合适的回答，就像一个学生在不同学科的考试中都要表现出色。

强化学习阶段则更加复杂，它使用一种"奖惩机制"来进一步优化模型的表现。当模型给出好的回答时会得到"奖励"，给出不当回答时会受到"惩罚"。通过大量的试错和调整，模型逐渐学会了如何在各种情况下都能给出高质量的回应。

特别值得一提的是，团队还开发了一种"思维预算控制"技术。这项技术允许用户控制AI模型在回答问题时的"思考时间"。当面对简单问题时，模型可以快速给出答案；当遇到复杂问题时，用户可以允许模型进行更长时间的思考。这就像给学生设定答题时间限制，既能提高效率，又能确保答题质量。

四、模型压缩的艺术

将一个120亿参数的庞大AI模型压缩到90亿参数，同时还要保持其智能水平，这个过程就像是一场精密的"瘦身手术"。NVIDIA的研究团队采用了一套名为"Minitron"的先进压缩技术，这套技术的核心理念是"去除冗余，保留精华"。

模型压缩的第一步是重要性评估。研究团队需要判断模型的哪些部分是真正重要的，哪些部分可以被安全移除。这个过程就像整理一个塞满物品的储物间，需要仔细评估每件物品的价值和使用频率。团队开发了一套精密的评估体系，能够量化每个神经元层和每个参数的重要程度。

在层级压缩方面，团队采用了迭代式的重要性测试方法。他们会临时移除某个处理层，然后测试模型在各种任务上的表现变化。如果移除某个层后模型性能下降很小，这说明该层的重要性相对较低，可以考虑删除。通过这种方法，他们最终将62个处理层优化到了最佳配置。

参数剪枝是另一个关键技术。在神经网络中，并不是所有的连接都同等重要。研究团队使用统计分析方法来识别那些对最终输出影响微小的参数连接，然后将这些"冗余连接"剪除。这就像修剪一棵树，去掉那些不必要的枝桠，让主干和重要枝条能够获得更多的营养。

知识蒸馏技术在整个压缩过程中起到了关键作用。这项技术的原理是让小模型向大模型"学习"，确保在压缩过程中不会丢失重要的知识和能力。具体来说，压缩后的模型需要在相同的输入下尽可能地模仿原始大模型的输出。这个过程就像一个经验丰富的老师傅将自己的技艺传授给年轻学徒，确保技艺的精髓得以传承。

内存优化是模型压缩的重要考量因素。研究团队的目标是让压缩后的模型能够在单块NVIDIA A10G GPU（22GB显存）上处理长达12.8万字符的文本。为了实现这个目标，他们需要精确计算模型在不同配置下的内存占用，包括模型参数存储、中间计算结果缓存等各个方面。

经过精心的压缩和优化，最终的Nemotron Nano 2模型在保持高准确性的同时，实现了显著的性能提升。在数学推理任务上，它的准确率达到了91.36%，在科学问答任务上达到了59.5%，这些成绩都非常接近压缩前的120亿参数版本。更重要的是，在实际应用中，压缩后的模型运行速度比同类竞品快了3到6倍。

五、全面的性能验证

为了全面验证Nemotron Nano 2的实际能力，研究团队设计了一套涵盖多个维度的测试体系。这就像给一位全能运动员安排各种不同项目的比赛，全方位检验其能力水平。

数学推理能力测试是最重要的验证项目之一。团队使用了多个国际认可的数学测试基准，包括GSM8K基本数学问题、MATH高级数学竞赛题目，以及最具挑战性的AIME美国数学邀请赛题目。在这些测试中，Nemotron Nano 2表现出色：在基础数学问题上的准确率达到91.36%，在高级数学竞赛中达到80.50%，在AIME测试中也有30%的通过率。这些成绩不仅超过了同等规模的其他模型，甚至与一些更大规模的模型相比也毫不逊色。

科学知识理解能力通过GPQA-Diamond测试进行评估，这是一个专门测试研究生水平科学知识的基准。Nemotron Nano 2在这项测试中获得了59.5%的准确率，证明它不仅能够理解基础科学概念，还能处理相当复杂的科学推理问题。

编程能力验证使用了HumanEval和MBPP两个编程测试基准。这些测试要求模型根据问题描述编写出正确的程序代码。Nemotron Nano 2在这些测试中的平均准确率达到了58.5%，展现了其扎实的编程逻辑理解能力。

多语言能力测试覆盖了15种不同的语言。研究团队使用全球多语言理解基准（Global-MMLU）来评估模型在不同语言环境下的表现。结果显示，Nemotron Nano 2在所有测试语言上都表现出色，平均准确率达到69.94%，这证明了其良好的跨语言理解和生成能力。

长文本处理能力通过RULER基准进行测试，这个测试要求模型处理长达12.8万字符的文本。Nemotron Nano 2在这项测试中获得了82.22%的准确率，表明它具备了处理长篇文档和进行长时间对话的能力。

运行效率测试是最令人印象深刻的部分。研究团队在相同的硬件条件下对比了Nemotron Nano 2与其他主流模型的运行速度。结果显示，在典型的推理场景中（8000字符输入，16000字符输出），Nemotron Nano 2的运行速度比Qwen3-8B快了6.3倍，比其他同类模型也有3到4倍的速度优势。

工具调用能力通过BFCL v3基准测试，评估模型是否能够正确理解和使用各种外部工具。Nemotron Nano 2在这项测试中的准确率达到66.34%，展现了良好的工具集成和使用能力。

指令遵循能力通过IFEval基准评估，测试模型是否能够准确理解和执行复杂的指令。Nemotron Nano 2在严格模式下的准确率达到89.39%，证明了其优秀的指令理解和执行能力。

六、实际应用场景展望

Nemotron Nano 2的出色性能和高效运行特性为其在实际应用中开辟了广阔的前景。这个AI模型就像一个多才多艺的助手，能够在各种不同的场景中发挥作用。

在教育领域，Nemotron Nano 2可以充当智能辅导老师的角色。它不仅能够解答各种数学和科学问题，还能够根据学生的理解程度调整解释的详细程度。当面对基础问题时，它能够快速给出简洁的答案；当遇到复杂问题时，它可以展示详细的推理过程，帮助学生理解解题思路。更重要的是，它支持15种不同语言，能够为全球范围内的学生提供教育支持。

在商业办公环境中，这个AI模型可以成为高效的文档处理助手。它能够快速阅读和总结长篇报告、分析数据表格、协助编写各种商业文档。由于其出色的运行速度，员工不需要等待很长时间就能获得AI的协助，大大提高了工作效率。

软件开发领域是另一个重要的应用方向。Nemotron Nano 2的编程能力使其能够协助程序员完成代码编写、错误调试、代码优化等任务。它不仅能够理解多种编程语言，还能够根据需求描述自动生成相应的程序代码。对于开发团队来说，这相当于拥有了一个随时待命的编程助手。

在客户服务方面，Nemotron Nano 2的快速响应能力和多语言支持使其成为理想的智能客服系统。它能够理解客户的各种问题，提供准确的解答，并且能够处理复杂的多轮对话。由于其运行速度快，客户不需要等待很长时间就能获得满意的回复。

科研工作也是一个很有前景的应用领域。研究人员可以使用Nemotron Nano 2来协助文献阅读、数据分析、实验设计等工作。它的长文本处理能力使其能够快速阅读大量科研论文并提取关键信息，为研究人员节省大量时间。

个人学习和娱乐方面，Nemotron Nano 2可以成为理想的学习伙伴。它能够解答各种知识性问题，协助完成作业，甚至可以进行创意写作和头脑风暴。由于其运行效率高，用户可以在普通的个人电脑或移动设备上流畅使用。

特别值得注意的是，Nemotron Nano 2的"思维预算控制"功能为用户提供了灵活的使用选择。在需要快速回应的场景中，用户可以设置较短的思考时间来获得快速答案；在需要深入分析的情况下，用户可以允许模型进行更长时间的思考来获得更高质量的回答。

整个研究的意义远不止于创造了一个新的AI模型。NVIDIA团队展示了一条在保持AI智能水平的同时大幅提升运行效率的技术路径。这种混合架构设计理念和模型压缩技术将会影响整个AI行业的发展方向，推动更多高效、实用的AI应用的诞生。

说到底，Nemotron Nano 2代表着AI技术发展的一个重要里程碑。它证明了我们不必在智能水平和运行效率之间做出艰难选择，通过巧妙的技术设计和精心的优化，我们可以同时获得高智能和高效率。这对于AI技术的普及应用具有重要意义，让更多的人能够在日常工作和学习中享受到AI技术带来的便利。

归根结底，这项研究为我们描绘了一个更加美好的AI应用前景：既智能又高效的AI助手将不再是昂贵的奢侈品，而是人人都能使用的实用工具。随着这种技术的不断发展和完善，我们有理由期待一个AI技术真正融入日常生活的时代即将到来。对于那些希望深入了解这项技术细节的读者，建议查阅NVIDIA发布的完整技术报告，可通过arXiv编号2508.14444v4进行检索。

Q&A

Q1：Nemotron Nano 2相比其他AI模型有什么特别之处？

A：Nemotron Nano 2最大的特色是采用了混合架构设计，将Transformer和Mamba两种技术结合，既保持了高准确性，又实现了3到6倍的速度提升。它只有90亿参数，但在数学推理、科学问答、编程等任务上的表现甚至超过了一些参数更多的大型模型。

Q2：普通人能用上Nemotron Nano 2吗？需要什么硬件条件？

A：NVIDIA已经开源了Nemotron Nano 2，普通人可以通过Hugging Face平台获取。它被设计为能在单块NVIDIA A10G GPU上运行，处理长达12.8万字符的文本。虽然仍需要专业硬件，但相比其他大型AI模型，硬件要求已经大大降低。

Q3：Nemotron Nano 2的"思维预算控制"功能是如何工作的？

A：这个功能允许用户控制AI模型的"思考时间"。面对简单问题时，可以设置短时间快速回答；遇到复杂问题时，可以给模型更多时间深入思考。系统通过计算生成的"思考"标记数量来控制，超过预算后会自动插入结束标记，让模型给出最终答案。