Transformer Block 面试 Cheat Sheet

§0 心智模型 + TL;DR Cheat Sheet

Transformer block 不是一个公式，而是一套分层装配的规则。 面试里大量混淆（"Pre-LN 是 Post-LN 的下一代""MQA→GQA→MLA 是一条升级链""decoder-only 只是 decoder 去掉一部分"）都来自把这套分层规则压缩成了一个线性时间轴。先立好心智模型：残差流 $x_l$ 依次穿过两三个子层（attention、FFN，原始 encoder-decoder 还多一个 cross-attn），默认是串行依赖——FFN 读到的是 attention 更新之后的残差流（parallel 是例外，见下）：

残差流 x_l
  │
  ├─▶ [归一化槽位: Pre／Post／branch pre+post] → Attention 槽位（自注意力/交叉注意力，
  │     MHA/GQA/MQA/MLA，±RoPE，±QK-Norm，全局/局部窗口）→ [归一化槽位] ──▶ ADD 回残差流
  │     得到中间态 u = x_l + Attn(N(x_l))
  │
  u ─▶ [归一化槽位] → FFN 槽位（Dense GELU / Gated SwiGLU / MoE）→ [归一化槽位] ──▶ ADD 回残差流
  │     （串行默认：FFN 读 u，不是 x_l；parallel 变体：FFN 和 attention 都读同一份 N(x_l)，不读 u）
  │
残差流 x_{l+1}

槽位不是严格数学正交，而是分布在不同层级；层内基本能独立分析，层间存在真实耦合——这是本教程和"三条正交轴"这类简化说法的关键区别。几个具体反例：MLA 选的 latent 表示方式会反过来约束 RoPE 怎么拆分；norm 拓扑和 norm 算子在实践中明显绑定出现（Pre-LN 配 RMSNorm、branch pre+post 配 RMSNorm 是常见组合，不是任意搭配）；QK-Norm、attention scale、soft-cap 三者不能无脑叠加，需要重新核对尺度；"KV 轴不涉及模型总参数量"这句话本身也站不住——GQA 的参数公式清楚地表明它确实改变了投影参数。用一张分层地图代替"正交轴"更贴近事实：

后文所有"这个选择属于 block 内、stack 级还是模型外壳"的判断，都按这张表定位，不再笼统地说"某个槽位"。

12 句话搞定 Transformer Block：

1. Block = 残差流 + 分层装配的子层：attention、FFN 各自的内部变体属于同一层级内的独立选择；encoder-decoder 比 decoder-only 多一个 cross-attn 子层。
2. decoder-only：单层看是"去掉 cross-attn"没错，但整模型看还不够：原始 decoder 层有 masked self-attn、cross-attn、FFN 三个子层；现代 LLM decoder-only block 通常只有 causal self-attn、FFN 两个子层——这一步"去掉 cross-attn"本身没问题；但完整模型层面还要补上：encoder/memory 路径连带消失，双序列条件生成变成单序列因果建模，这是信息流拓扑和序列因子化方式的变化（§2）。
3. GPT-2 已经是 Pre-LN：从 GPT-2-style 到 Llama-style，真正改的是 LayerNorm→RMSNorm、learned absolute PE→RoPE（挪进 attention 内部）、GELU dense FFN→SwiGLU gated FFN、酌情 MHA→GQA，外加去掉大量 bias/dropout（§2.2、§3）。
4. Pre-LN 栈末尾通常配 final norm：在简化的独立增量假设下，残差流方差约随深度线性增长（$O(l)$），标准差/RMS/典型幅值才约按 $\sqrt l$ 增长；真实增长率还取决于初始化、残差缩放和分支相关性。不收口直接接输出头，训练质量通常明显下降——这是 GPT-2/Llama 等标准 recipe 的常见配置，但不是所有 Pre-LN 架构在数学上不可或缺的条件（§2.2，推导见 normalization_init_tutorial.md §5.3）。
5. MHA→MQA→GQA→MLA 不是一条演进链：按历史时间是 MHA→MQA→GQA（MQA 确实早于 GQA 出现）；但按 KV-head 压缩强度看，MHA 和 MQA 是同一条 GQA 压缩比数轴的两个端点；MLA 是 DeepSeek 系一条独立的低秩 latent 分支，不应接在这条轴的末端——存在多条不同的排序维度，不是只有时间线一条（§4）。
6. Dense FFN → MoE 是另一条独立的"容量轴"：不是"下一代必然替换"——Llama 1–3、原始 Mistral、Gemma 1–3 等代表性模型至今仍多用 dense FFN，但 Mixtral、Llama 4 等已采用 MoE（§5）。
7. QK-Norm、logit soft-cap、branch pre+post norm、parallel residual、local/sliding attention 大多可以按需组合，但不是无脑叠加——QK-Norm 与 soft-cap 同时使用要重新核对尺度，norm 拓扑与 norm 算子实践中明显绑定出现（§6）。
8. FFN 参数匹配是算出来的，不是定律：dense FFN（$8d^2$）与 gated FFN（$3dh$）参数持平时 $h=8d/3$；真实模型还要按硬件友好倍数舍入，不是所有 Llama 系都严格等于这个数（§3、§7 [D06]）。
9. KV cache 主要跟着 $n_\text{kv}$ 走，不跟 $n_q$ 走：MQA/GQA 减少 K/V 投影的参数、计算和 cache 显存/带宽，但不减少 Q projection 的计算量（§4，完整显存核算见 attention_tutorial.md §6 与 kv_cache_speculative_decoding_tutorial.md §2）。
10. 现代 recipe 没有完全收敛：Pre-RMSNorm + RoPE + gated FFN + 推理友好 GQA 只是"较常见"组合；Post-LN 变体、LayerNorm、MHA、MQA、parallel residual、dense FFN、MoE 全部仍在生产环境里使用（§8 model recipe 对照表）。
11. Cross-attention 和 self-attention 唯一的结构差异是 Q/K/V 来源：self-attn 里 Q、K、V 都来自同一条流；cross-attn 里 Q 来自当前流、K/V 来自另一条序列，长度可以不同——除此之外 scaled dot-product、多头拆分、softmax 完全一样，不需要单独一套数学（§1）。
12. "packed projection"只是 kernel 层面的等价重排：把 Q/K/V（或 SwiGLU 的 gate/up）三个 Linear 拼成一个大 Linear 纯粹是实现优化，权重按行拼接后结果在对应精度下应一致，不改变任何架构语义——遇到这类问题先确认是在问工程实现还是算法设计（§7 [D07]）。

🎯 本文范围：只讲"装配"，不重新推导零件内部的数学 softmax attention 的公式推导、FlashAttention 的 IO 复杂度、Xiong/DeepNorm 的梯度论证、MoE 路由/capacity 的完整数学、RoPE 旋转矩阵与 YaRN/NTK/MLA latent algebra、线性注意力推导、量化误差推导、LoRA 低秩公式——这些零件各自的数学在 attention_tutorial.md、normalization_init_tutorial.md、moe_tutorial.md、long_context_rope_yarn_mla_tutorial.md、linear_sparse_attention_tutorial.md、quantization_tutorial.md、lora_peft_tutorial.md 里都有专门篇幅；prefill/decode 的系统性能瓶颈、KV cache 分页/调度见 llm_inference_serving_tutorial.md。本文只关心这些零件怎么拼成一个 block、怎么从 2017 版一路装配到现代版，遇到深度数学或系统问题一律给出 1-2 句结论 + 链接，不重复推导。

§1 2017 seq2seq Transformer

原始 Transformer（Vaswani et al., Attention Is All You Need, arXiv 1706.03762, 2017, NeurIPS 2017）是一个encoder-decoder架构：encoder 把源序列编码成一组表示，decoder 在这组表示的条件下自回归生成目标序列。位置编码用固定 sinusoidal PE，在进入 encoder/decoder 堆栈之前直接加到 token embedding 上——它不属于任何一个 block，是 block 外围的输入处理（完整推导见 long_context_rope_yarn_mla_tutorial.md §2/§3）。论文原始配置 $d_\text{model}=512$、$d_\text{ff}=2048$（4× expansion）、8 head、6 层 encoder + 6 层 decoder；本教程演示用更小的尺寸（如 $d=96$），这是教学配置而非论文配置，两者不要混为一谈。

encoder layer 和 decoder layer 是两个不同的类，不是同一个"两子层"模板的两种用法——它们的子层数量、子层种类都不同：

Decoder 的三个子层顺序固定为 masked self-attn → cross-attn → FFN，每个子层各自套一层 Post-LN。Cross-attn 的 Q、K、V 来源不对称：Q 来自 decoder 自身正在生成的流（长度 $T$），K、V 来自 encoder 输出（长度 $S$），$T$ 与 $S$ 一般不相等——这正是 §7 代码 [D01] 里显式验证的 shape 分离（self-attn 与 cross-attn 的公式细节、mask 处理见 attention_tutorial.md §4.1，此处不重复推导）。

一个具体 shape 走一遍（对应 §7 代码 [D01] 用的教学尺寸：batch $B=2$、源序列长度 $S=5$、目标序列长度 $T=7$、$d=96$）：encoder 输入 [B, S, d]，经过若干层 encoder layer 后仍是 [B, S, d]，作为 memory 传给每一层 decoder；decoder 输入 [B, T, d]，masked self-attn 阶段 Q/K/V 都是 [B, T, d] 内部算出（causal mask 大小 $T\times T$）；cross-attn 阶段 Q 仍是 [B, T, d]，但 K、V 来自 encoder memory，形状 [B, S, d]——attention score 矩阵是 $T\times S$（而不是方阵），softmax 沿 $S$ 这一维做；输出投影后还原回 [B, T, d]，与 self-attn 子层的输出 shape 一致，才能继续送进 FFN 子层。$T \ne S$ 完全不影响这条数据路径，这正是 cross-attn "Q 长度和 K/V 长度解耦"这句话的具体样子。

§2 三大家族地图 + decoder-only 分叉 + GPT-2-style 桥接

2.0　三大家族地图：encoder-only / decoder-only / encoder-decoder

原始 Transformer 是 encoder-decoder；本文从这里往后全部聚焦 decoder-only（GPT/Llama/Qwen 系 LLM 的主流选择），但面试里常被要求横向比较三大家族，这里先给一张压缩地图，不深入 encoder-only 的内部预训练机制：

三者的核心区别不是"参数多少"，而是 attention 的可见方向、子层组成、训练目标这三件事绑在一起变化。本文只展开 decoder-only 这一支的完整装配细节（§2–§9）；encoder-only 的双向掩码建模机制、encoder-decoder 的完整训练目标不在本文范围内，需要时可参考对应模型各自的原始论文。

2.1　为什么只说"去掉 cross-attn"还不够

现代 LLM（GPT、Llama、Qwen……）用的 decoder-only block，字面上看是"原始 decoder layer 去掉 cross-attn"。分两层看这句话：

• 单层结构层面，这个说法是对的：原始 decoder 是 masked self-attn → cross-attn → FFN（三个子层）；decoder-only block 是 causal self-attn → FFN（两个子层）。少的正是 cross-attn 这一个子层，逐层对比没有问题。
• 完整模型层面，这句话不完整：只说"去掉 cross-attn"容易让人以为只是删掉了一个组件、其余不变。实际上 encoder/memory 路径也整体消失了——source/prompt 与 target 从"双流条件生成"（source 编码后条件生成 target）变成"单流因果建模"（prompt 和生成内容拼进同一条因果序列）。变的是信息流拓扑和序列因子化方式，不是任务被替换成了别的问题。

因此更完整的答案是："单层上确实是去掉 cross-attn，但完整模型层面还需要说清楚 encoder/memory 路径也一并消失、双流条件生成变成单流因果建模"——这比只说"去掉了一部分"、或者反过来把它讲成"完全是另一种架构"都更准确。

补充一点边界：并不是所有 decoder-only LLM 都彻底没有 cross-attention——部分多模态或检索增强模型会在纯 decoder-only backbone 上重新引入 cross-attention（例如让文本流 attend 图像 encoder 的输出，或 attend 检索到的文档表示）。本文和下文所有"decoder-only 没有 cross-attn"的表述，均限定为纯 decoder-only block（causal self-attn + FFN 两子层），不覆盖这类混合架构。

🎯 面试怎么答这道根本区别题 先分层回答：单层结构上是"去掉 cross-attn"（3 子层变 2 子层）；完整模型上还要加上"source/target 两条序列变成一条因果序列"这一信息流拓扑变化；再补一句"纯 decoder-only block 才没有 cross-attn，部分多模态/检索增强模型会重新引入它"——比只说"去掉了一部分"多两层准确度。

2.2　GPT-2-style 桥接：GPT-2 到 Llama 到底改了什么

常见误解：现代 LLM 才把 Post-LN 换成 Pre-LN。事实：GPT-2（Radford et al., Language Models are Unsupervised Multitask Learners, OpenAI 技术报告, 2019，无 arXiv id）已经是 Pre-LN，且在堆栈末尾配了一个 final LayerNorm（记作 ln_f）——这是 GPT-2/Llama 等标准 Pre-LN recipe 的常见配置：不补这一层，Pre-LN 残差流膨胀后的分布会直接冲进输出头，训练质量通常明显下降；但这不是所有 Pre-LN 架构在数学上不可或缺的条件，通过残差缩放、特殊初始化或归一化输出头，也能构造出没有传统 final norm 的变体（推导见 normalization_init_tutorial.md §5.3，此处不重复）。GPT-2 block 的完整 recipe：

$$x = x + \text{Attn}\big(\text{LN}(x)\big), \qquad x = x + \text{FFN}\big(\text{LN}(x)\big), \qquad \text{（GELU dense FFN，MHA，bias=True，无 cross-attn）}$$

学习到的绝对位置嵌入（learned absolute positional embedding）依旧加在 embedding 上、位于堆栈之外——这一点和原始 sinusoidal PE 的"所属层级"是一致的，二者都不属于 block 内部；LLaMA 系采用的 RoPE（最初由 Su et al., RoFormer: Enhanced Transformer with Rotary Position Embedding, arXiv 2104.09864, 2021 提出，LLaMA 是重要采用者而非提出者）则相反，位于 attention 内部，只作用于 Q、K 的点积计算——把它们看成同一 block 成员之间的"无缝替换"是不准确的，位置信息在 GPT-2-style 里由外部嵌入携带，在 Llama-style 里由 attention 内部的旋转携带，两者"归属的层级"不同（完整推导见 long_context_rope_yarn_mla_tutorial.md §2）。

GPT-2-style → Llama-style 桥接表（这才是真正被改动的部分）：

§3 Llama-style 核心 recipe

在 GPT-2-style 桥接的基础上，Llama-style（Touvron et al., Llama 2: Open Foundation and Fine-Tuned Chat Models, arXiv 2307.09288, 2023；Grattafiori et al. (Meta), The Llama 3 Herd of Models, arXiv 2407.21783, 2024）把每个槽位换成如下具体实现，本节先固定用 MHA 保持数据路径清晰，GQA 留到 §4 单独展开：

$$x = x + \text{Attn}_{\text{RoPE}}\big(\text{RMSNorm}(x)\big), \qquad x = x + \text{SwiGLU}\big(\text{RMSNorm}(x)\big)$$

• RMSNorm：只做 re-scale，不做 mean-centering，无 bias——完整公式与"为什么去掉 centering 仍常能保持相当效果"的论证见 normalization_init_tutorial.md §4（Zhang & Sennrich 的理论动机和实验结果表明这往往能达到与 LayerNorm 相当的效果，不是"绝不掉点"的普适结论），这里只记结论：$y = \dfrac{x}{\sqrt{\text{mean}(x^2)+\epsilon}}\odot w$。
• RoPE：作用于 attention 内部的 Q、K，V 不旋转；标准实现通常缓存已旋转的 K，增量解码时新 token 按真实 position 施加旋转即可直接用于点积——若某个实现选择缓存未旋转的 K，则必须额外保留每个位置并在使用时按正确 position 旋转，不能把历史 K 当成当前 position 处理（这样做数学上同样正确，只是更慢，因此不是常见选择；MLA 的 cache 契约又完全不同，见 §4.2）；完整复数视角推导、频率选择、YaRN/NTK 扩展见 long_context_rope_yarn_mla_tutorial.md §2/§5/§6，此处只取"装配契约"。
• SwiGLU：$\text{down}\big(\text{SiLU}(\text{gate}(x)) \odot \text{up}(x)\big)$，三矩阵 gated FFN；GeGLU 同结构换 GELU 门（Shazeer, GLU Variants Improve Transformer, arXiv 2002.05202, 2020）。相近参数量/计算预算下，gated FFN 往往有更好质量——这是一条经验规律而非严格证明的定律，本文不重新论证，只用其参数匹配算术（§7.3 [D06]）。
• bias、dropout：Q/K/V/O 和 FFN 三矩阵通常全部去掉 bias；大规模预训练常去掉或大幅降低 dropout。
• final norm：栈末尾一次 RMSNorm，收口膨胀的残差流。
• 数值精度边界：RMS/方差归约、softmax、final logits 这类对数值范围敏感的计算，常见实现会在更高精度（如 fp32）下算、再 cast 回激活 dtype（bf16/fp16）——这是装配正确性的一部分，不属于量化数学，完整的低精度误差分析见 quantization_tutorial.md。

"block 外围 recipe"具体包含哪些字段，逐条列清楚：

这四项都不出现在 §7/§8 描述的任何一个 block 类里——ModernDecoderBlock 的 forward 只接收残差流 x，从不知道外面是否做了 embedding scaling、输出头是否 tied。

这张表和 §0 的分层地图对应：weight tying、embedding scaling、LM head 属于"模型外壳"层；final norm、local/global 交替、dense/MoE 层排布这些跨层 schedule 属于"stack 调度"层，都不属于任一单个 block，也不属于"模型外壳"——三者是三个不同的层级，不要笼统合并成"block 之外的东西"。

§4 推理内存轴：MHA → MQA/GQA，MLA 是独立分支

这条轴首先解决的问题是 KV cache 显存：自回归生成时每一步都要把新 token 的 K、V 追加进 cache、再对整段 cache 做 attention，cache 的大小直接决定了同一张卡上能同时服务多少条请求、能撑多长的上下文。这条轴与 §5 的"容量轴"、§6 的稳定化机制在分析层面大多可以分开讨论，但不是严格互不相干——GQA/MQA 减少 KV head 数的同时，也改变了 K/V 投影本身的参数量和计算量（下文 $2d^2(1+n_\text{kv}/n_q)$ 公式就是证据），"KV 显存"和"模型总参数量"并不是完全无关的两件事，只是二者的量级和影响机制不同：KV cache 主要影响推理时的显存/带宽，K/V 投影参数则是训练时也存在的固定开销。

4.1　MHA / MQA / GQA：同一条轴上的不同压缩比

历史顺序必须澄清：

装配契约（完整显存核算、per-token-per-layer 公式、具体模型 GB 数见 attention_tutorial.md §6 与 kv_cache_speculative_decoding_tutorial.md §2，此处不重复推导）：

• KV cache 大小只随 $n_\text{kv}$ 缩放，与 $n_q$ 无关——MQA/GQA 减少 K/V 投影本身的参数和计算量，也减少 KV cache 显存/带宽；但 Q projection 的计算量不随 $n_\text{kv}$ 变化，不能笼统说成"只省显存/带宽"。
• 标准实现通常在施加 RoPE 之后缓存 K，V 从不旋转；增量解码时新 token 的 Q、K 用真实 position offset 施加 RoPE，历史 cache 里已旋转的 K 不再重算——若某实现选择缓存未旋转的 K，则必须额外保留 position 并在读取时按正确 position 旋转，否则会把所有历史 key 当成同一个 position（这样做数学上可行但更慢，因此不是常见选择）。
• GQA/MQA 的 cache 只存 $n_\text{kv}$ 个 head；把 K/V 广播到 $n_q$ 个 Q head 只能发生在 attention 计算内部（用 view/reshape/分组 einsum），不能把广播后的张量写回 cache——这是最容易在手写实现里踩的坑，§7 [D05] 直接把这条做成可执行断言。

举例感受这条轴的实际收益：LLaMA-2-70B 若用 vanilla MHA，4096 上下文下单样本 KV cache 约 10 GB；换成 GQA（$n_\text{kv}=8$）后降到约 1.25 GB——这说明 GQA 对 70B 级模型的推理服务非常有吸引力，也是许多大模型采用 GQA 而非 MHA 的重要原因之一（模型的最终选择还受质量、训练兼容性、服务系统等因素影响，不是单一因素决定的；精确核算见 attention_tutorial.md §6.1 与 kv_cache_speculative_decoding_tutorial.md §2.2，此处不重复推导）。

4.2　MLA：独立的低秩 latent 分支

MLA（DeepSeek-V2, May 2024, arXiv 2405.04434）是独立分支，不是"GQA 更狠的版本"：GQA 在 head 维度上做压缩（多个 Q head 共享 K/V head），MLA 在 hidden 维度上做低秩投影压缩（把每 token 的 K/V 压进一个 $d_c \ll n_q d_h$ 的 latent 向量），并且必须把 RoPE 单独解耦成一份共享的小维度分量才能保住"absorb 上投影矩阵进 query 侧"的推理加速技巧——完整推导（absorbing trick、为什么 RoPE 不能直接吸收、解耦方案、cache 总量公式）见 long_context_rope_yarn_mla_tutorial.md §9，此处只记结论：MLA 的 cache 契约是"存 latent $c_t^{KV}$ + 一份共享 RoPE key"，而不是"存更少的 K/V head"。

§5 容量轴：Dense FFN → MoE

这条轴解决的问题是模型容量，大体可以和 §4 的显存轴、§6 的稳定化机制分开分析，但同样不是严格正交——MoE 对外的主激活张量接口确实不变（$[B,T,d]\to[B,T,d]$），但训练契约还要多传 router loss/统计量，系统部署契约还涉及 expert parallelism、all-to-all 通信，这些都不是"接口完全不变"能概括的（细节见下文与 §7 [D09]）。MoE 把 FFN 换成 $N$ 个 expert + 一个 router，每个 token 只走 $k \ll N$ 个 expert——总参数上升、每 token 激活参数不变。完整的路由公式（token-choice top-k、expert-choice、DeepSeek 的 aux-loss-free bias 更新）、capacity factor、load-balancing loss、token dropping 见 moe_tutorial.md §2–§4，此处只讲"装配契约"：

• block 对外的主激活张量接口不变：无论 FFN 是 dense 还是 MoE，都是 [B, T, d] -> [B, T, d]，residual add 的位置不变——这也是 §7 [D09] 里"把 ffn 换成 MoEFFN 而 ModernDecoderBlock 代码一行不用改"的直接原因；但训练时的返回值通常多一项 router/负载均衡相关的辅助 loss 或统计量，分布式部署时通常还要引入 expert parallelism 和 all-to-all 通信——"张量 shape 契约不变"和"训练/系统契约不变"是两件不同的事（§9 有专门的三层 contract 拆分）。
• 变的是 FFN 内部：增加了 router、expert 选择（可能还有 shared expert）、以及训练时的辅助均衡损失/偏置更新；总参数量和每 token 激活参数量必须分开报告，这是面试里最容易被追问的一句。

这条轴的收益直觉：Mixtral（Jiang et al., Mixtral of Experts, arXiv 2401.04088, 2024）每 token 激活约 12.9B 参数，并在论文报告的多数/全部评测项目上匹配或超过 Llama 2 70B——总参数远大于 13B，其单 token 计算规模大致接近十余 B 的 dense 模型，但并非严格 FLOPs 等价（完整"为什么稀疏激活是好主意"的三层论证见 moe_tutorial.md §1）。

§6 数值稳定化 / 连接结构 / 执行 overlay

这一节把之前零散的"稳定化技巧"按 §0 的分层地图重新归类成四类：①残差依赖与 norm/scaling 装配（"单个 block"层）；②attention 数值稳定控制（"算子内部"层，控制的是数值尺度）；③attention 连接结构（同样是"算子内部"层，控制的是可见范围而不是数值）；④执行/适配 overlay（"执行/适配 overlay"层，只做指路）。四类大多可以独立分析，但不是无条件可以任意叠加——同类内部经常存在真实约束（例如 QK-Norm 和 soft-cap 同时使用需要重新核对尺度）。

6.1　残差依赖、norm 放置与 branch scaling/gating

6.1.1　branch pre+post norm（常被口误叫"sandwich norm"）

更准确的写法是每个子层分支的前后各放一次归一化，且第二次 norm 只作用在分支输出上，不作用在残差和上：

$$y = x + N_\text{post}\big(F(N_\text{pre}(x))\big)$$

这和原始 Post-LN 的 $N(x+F(x))$ 不是同一回事——Post-LN 的归一化套在"残差相加之后"，branch pre+post 的第二次归一化只套在"分支输出"上，残差主干 $x+(\cdots)$ 仍是纯加法。Gemma-2 用这种拓扑并配合 attention-logit/final-logit soft-capping；Gemma-3 沿用这一归一化拓扑，但把 soft-capping 换成了 QK-Norm（完整变体谱系见 normalization_init_tutorial.md §6.2）。

6.1.2　Parallel residual（GPT-J、PaLM）

核心公式已在 §0 给出，$y = x + \text{Attn}(N_A(x)) + \text{MLP}(N_M(x))$——attention 和 FFN 没有本层内的先后依赖，都读同一份归一化输入。GPT-J（Wang & Komatsuzaki, GPT-J-6B: A 6 Billion Parameter Autoregressive Language Model, EleutherAI 开源发布, 2021，无正式论文/arXiv id）用单一共享 LayerNorm 实现这个公式；PaLM（Chowdhery et al. (Google), PaLM: Scaling Language Modeling with Pathways, arXiv 2204.02311, 2022）延续同样思路。"parallel"描述的是"没有本层内先后依赖"这个结构关系，不要求代码必须让 attn 和 FFN 共享同一组 norm 参数——用两个独立的归一化模块、只要都读原始 $x$，同样满足 parallel 的定义（§7 [D08] 的正反面证明按这个更宽的定义来写）。

6.1.3　residual / branch scaling 与 gating：另一个独立的装配位置

某些 recipe 不仅决定"在哪里加 norm"，还会在残差分支上乘一个固定或可学习的缩放系数——例如 LayerScale（对每个分支输出乘一个逐通道、可学习、小初值的系数）、DeepNorm（对残差分支乘一个与层数相关的固定放大系数，配合特定初始化让深层网络更容易训练稳定）。这是另一个独立的可选装配位置：加不加缩放、缩放是固定常数还是可学习参数、作用在哪个分支——完整的初始化与梯度论证见 normalization_init_tutorial.md §7（DeepNorm）及相关章节，本文只记装配契约：residual/branch scaling 和 norm placement 是两个可以分别选择、也可以同时使用的维度，不要把它们合并成同一件事。

6.2　Attention 数值稳定控制：attention scale、QK-Norm、logit soft-cap

三个机制作用在同一条计算链的不同位置，都属于"算子内部"层：

• attention scale：标准的 $1/\sqrt{d_h}$（或可学习温度）缩放点积，控制 softmax 输入的整体幅度量级，是最基础、几乎所有实现都有的数值控制（推导见 §9 Q4）。
• QK-Norm（Henry et al., Query-Key Normalization for Transformers, arXiv 2010.04245, 2020, EMNLP 2020 Findings）的原始定义是在点积之前对每个 head 的 Q、K 分别做 L2 归一化，并用一个可学习的缩放/温度参数取代标准固定的 $1/\sqrt{d_h}$ 缩放——后续模型里的具体实现细节可能有所不同（例如是否保留固定缩放、是否额外配合 RMSNorm 式归一化）。
• logit soft-capping 在点积之后对 attention score 或最终 vocabulary logits 施加类似 $c\tanh(z/c)$ 的有界变换，管住的是已经算出来的分数/logits 幅度。

三者常被面试者混成"都是稳住数值"，但作用的位置和管住的量完全不同，也不能无脑同时叠加——同时启用需要重新核对整体尺度，而不是简单相加；完整的"为什么 attention logits 会爆炸"论证见 normalization_init_tutorial.md §6.3。

6.3　Attention 连接结构：local / sliding / global

这是 attention 连接结构/可见范围（connectivity pattern）的设计轴，不是"attention backend"，也和位置编码方案是两回事——FlashAttention 才是典型的执行 backend：它改变 exact attention 的计算顺序与 IO 调度，不定义新的连接图或 block 拓扑（完整 IO 复杂度推导见 attention_tutorial.md）。Mistral（Jiang et al., Mistral 7B, arXiv 2310.06825, 2023）用固定窗口的 sliding-window attention；Gemma-2 在层间 1:1 交替 local 窗口和 global 全局 attention；Gemma-3 更接近"多个 local 层后插入一个 global 层"的周期性 pattern（约 5:1，不是严格一层 local 一层 global）。这些都不改变 block 外层的 residual 接口，只改变 attention 内部"能看到多远"；但"哪几层用 local、哪几层用 global"这个排布本身是stack 调度层的决定（参见 §0 分层地图），不是单个 block 的私有属性——完整的滑窗/StreamingLLM 机制见 long_context_rope_yarn_mla_tutorial.md §10。

6.4　执行 / 适配 overlay：FlashAttention、量化、LoRA（只指路）

这三个机制都属于 §0 分层地图里的"执行/适配 overlay"层，不是和 GQA/MoE 同级、需要互斥选择的架构槽位，而是叠加在已经选定的架构之上、用来加速或适配部署环境的策略：

• FlashAttention：只改变 exact attention 的计算顺序、IO 调度和内存访问模式，不改变 attention 的数学结果，也不定义新的连接图——可以叠加在 MHA/GQA/MQA/MLA、任意 local/global pattern 之上。完整 IO-aware 复杂度推导见 attention_tutorial.md。
• 量化：把权重/激活值表示成更低精度的数值格式，是数值表示层面的 overlay，可以和上面任何架构选择叠加，代价是量化误差；完整误差分析见 quantization_tutorial.md。
• LoRA：在已训练权重旁加一对低秩矩阵做参数高效微调，是训练/适配阶段的 overlay，不改变 block 的前向架构；完整低秩公式见 lora_peft_tutorial.md。

三者都不应该被当成"和 GQA、MoE 平级、必须三选一"的架构槽位——它们是可以叠加在几乎任意架构组合之上的独立维度。

6.5　小结：这几类机制怎么组合

上面几类机制大多可以独立分析，实践中经常同时出现在同一个模型里（例如 Gemma-3 同时用 branch pre+post norm + QK-Norm + local/global 交替 attention），常见的检查顺序是：先确定 attention 的可见范围（global / local / sliding，§6.3），再确定 Q/K 或 logits 的数值稳定化方式（QK-Norm 或 soft-cap，§6.2，二者同时使用要重新核对尺度，不是无脑叠加），最后确定归一化拓扑与 residual scaling（Pre-LN / branch pre+post / parallel，§6.1）。这几个维度大多可以分别组合，但不是数学上严格无约束的正交——同一模型内的具体取值往往还受训练稳定性、kernel 支持、既有 checkpoint 兼容性等工程因素约束，这也是 §8 model recipe 表里同一列会出现多种取值、但组合空间比"完全自由"窄得多的原因。

🎯 这一节的面试答题原则 遇到任何一个"新稳定化技巧"，先问自己三件事：它作用在哪个张量上（Q/K？attention score？残差流？）、它是否改变 block 的输入输出 shape 契约（通常不改变）、它和 §4/§5 的两条主轴是否大体独立（通常大体独立，但检查一下是否有真实耦合）。把新名词往这三个问题上一挂，回答会比单纯罗列"这是什么"扎实得多。

§7 Capstone：组装、端到端 forward、参数核算与可执行验证

7.1　组装一个 Llama-3-like block，再换成 MoE

把前面几节的槽位按"较常见现代组合"实际拼一遍（更精确的说法是 "Llama-3-like core block"，而非声称精确复现某个具体 checkpoint——除非同时对齐它的 head 数、KV-head 数、intermediate size、RoPE base、bias 设置、dtype 行为）：

1. 归一化槽位（block 内）：Pre-RMSNorm，两次（attention 前一次、FFN 前一次）。
2. Attention 槽位：causal self-attn，Q/K 内部施加 RoPE，$n_q$ 个 query head 分组共享 $n_\text{kv}$ 个 KV head（GQA；$n_\text{kv}=n_q$ 时退化为 MHA，见 §7.4 [D05]），K 旋转后进 cache，V 不旋转，no bias。
3. FFN 槽位：SwiGLU gated FFN，$h \approx 8d/3$ 按硬件倍数取整，no bias。
4. 单个 block 组装：$x=x+\text{Attn}_\text{RoPE,GQA}(\text{RMSNorm}(x))$，$x=x+\text{SwiGLU}(\text{RMSNorm}(x))$——这就是一个 block 的完整定义，重复 $N$ 次得到整个 decoder stack。
5. stack 级收尾（不属于任何一个 block）：$N$ 个 block 全部堆完之后，再做一次 final RMSNorm，才送进 LM head：$x_\text{out} = \text{RMSNorm}\big(\text{Block}_N(\cdots\text{Block}_1(x_0))\big)$。final norm 是 stack 调度层的操作，不是第 1–4 步里任何一个 block 的组成部分（参见 §0 分层地图、§3 的 block-vs-外围边界讨论）。

用 §7.4 代码里的教学尺寸把这个 block 的参数量具体算一遍（$d=96$、$n_q=8$、$n_\text{kv}=2$、gated hidden $=256$）：GQA attention 部分 $2d^2(1+n_\text{kv}/n_q)=23{,}040$ 个矩阵参数，SwiGLU FFN 部分 $3dh=73{,}728$ 个矩阵参数，两个 RMSNorm 各只有 $d=96$ 个逐通道缩放参数——单个 block 的矩阵参数合计约 $23{,}040+73{,}728=96{,}768$，FFN 占了绝大部分，这也是为什么"FFN hidden size 怎么选"（§3、§7.3）比"用几个 KV head"对参数总量的影响更大。

接下来把 FFN 槽位换成 MoE，其余什么都不用动：

$$x=x+\text{Attn}_\text{RoPE,GQA}(\text{RMSNorm}(x)), \qquad x=x+\text{MoEFFN}(\text{RMSNorm}(x))$$

MoEFFN 对外的主激活张量接口仍是 [B,T,d] -> [B,T,d]——ModernDecoderBlock 的代码完全不用感知内部是 dense 矩阵乘法还是 router + expert 选择，这也是 §7.4 [D09] 直接验证的性质。但这只说明 §5 强调的"主激活张量接口不变"，不代表这次替换和训练/系统契约完全无关——训练时通常要多返回 router/负载均衡相关的量，分布式部署时通常要引入 expert parallelism（详见 §5、§9 里的三层 contract 拆分）。

7.2　端到端 forward walkthrough：现代 decoder-only block 的完整数据流

§1 给出了 2017 encoder-decoder decoder 的完整 walkthrough，但现代 decoder-only block 反而缺一份同等粒度的数据流讲解——这里补上，用 §7.1 的教学尺寸（$d=96$，$n_q=8$，$n_\text{kv}=2$，gated hidden $=256$）走一遍完整 tensor 流：

$$x \in [B,T,d] \;\xrightarrow{\text{RMSNorm}}\; h_1 \;\xrightarrow{\text{Q/K/V 投影 + reshape}}\; Q\in[B,n_q,T,d_h],\;K,V\in[B,n_\text{kv},T,d_h] \;\xrightarrow{\text{RoPE}}\; Q',K' \;\xrightarrow{\text{GQA attention}}\; O\in[B,T,d] \;\xrightarrow{\text{residual add}}\; u = x + O$$

$$u \;\xrightarrow{\text{RMSNorm}}\; h_2 \;\xrightarrow{\text{gate/up 投影}}\; \text{SiLU}(\text{gate}(h_2))\odot\text{up}(h_2) \;\xrightarrow{\text{down 投影}}\; F\in[B,T,d] \;\xrightarrow{\text{residual add}}\; y = u + F$$

这就是单个 block 的完整前向；把这个 block 重复 $N$ 次，最后再套一次 stack 级 final RMSNorm（§7.1 第 5 步），才是完整的 decoder-only 主干：$y_\text{final} = \text{RMSNorm}\big(\text{Block}_N(\cdots(\text{Block}_1(x_0)))\big)$。

这条数据流在三种执行模式下的具体形态不同：

三种模式共享同一套 RMSNorm→RoPE→attention→残差 的代码路径，区别只在于 Q/K/V 的实际长度、mask 的形状、以及是否读写 cache——这也是 §7.4 [D04] 用同一份实现同时验证 full-forward 和 cached decoding 数值一致的原因（如果两条路径用了不同代码，这条测试就失去了交叉验证的意义）。prefill/decode 各自的系统性能瓶颈（算术强度、批处理调度）不在本文范围，见 llm_inference_serving_tutorial.md。

7.3　参数量与 KV Cache 公式核算

FFN 参数量（忽略 bias）：dense（ReLU/GELU，两矩阵）$8d^2$；gated（SwiGLU/GeGLU，三矩阵）$3dh$。令二者相等解出 $h=8d/3$——这是参数量匹配算出来的常见默认，不是架构铁律；真实 Llama 系实现通常从 $4d$ 出发乘 $2/3$，再按硬件友好倍数（以及可选 multiplier）舍入，intermediate size 可能明显偏离 $8d/3$。§7.4 [D06] 用 $d=96$、dense hidden $=384$（$4d$）、gated hidden $=256$（$8d/3$）两边都验证出恰好 73,728 个矩阵参数。

Attention 参数量（忽略 bias）：MHA 的 Q/K/V/O 四个投影共 $4d^2$；GQA 为 $2d^2(1+n_\text{kv}/n_q)$（$n_\text{kv}=n_q$ 时退化回 $4d^2$，$n_\text{kv}=1$ 时为 MQA 的极小值）。§7.4 [D06] 用真实 .numel() 核对了这两个公式。这两个公式成立都需要假设 $d=n_qd_h$、Q/K/V 使用相同 head dim、输出投影是 $d\times d$、忽略 bias——不满足这些假设时公式需要相应调整。

KV cache（下表给的是每 token、每层的元素数，不是字节数；完整显存占用还要乘上 batch size $B$、序列长度 $L$、层数 $N_\text{layer}$，以及每元素字节数——fp16/bf16 通常 2 字节，fp8 通常 1 字节；完整跨模型 GB 数见 kv_cache_speculative_decoding_tutorial.md §2.2）：

7.4　从零实现与可执行验证：code/transformer_block.py

完整可跑脚本见 code/transformer_block.py（纯 PyTorch、CPU 秒级跑完 9 个 demo [D01]–[D09]）。四个入口类对应本文四个"block 时代"：VanillaEncoderLayer2017、VanillaSeq2SeqDecoderLayer2017（§1）、GPT2StyleDecoderLayer（§2）、ModernDecoderBlock（§3/§7.1，ffn= 可换成 DenseFFN/GatedFFN/MoEFFN）。正文只展示三段最核心的代码；其余 demo 作为脚本里的独立函数，不再贴出。

[D02] 残差拓扑测试（§0 四个公式的可执行版：把子层输出置零，Pre-LN 应严格输出 $x$，Post-LN 应输出 $N(x) \ne x$）：

def zero_sublayer(_x):
    return torch.zeros_like(_x)

post_ln_out = ln(x + zero_sublayer(x))       # y = N(x + F(x)) -> y = N(x)
pre_ln_out  = x + zero_sublayer(ln(x))       # y = x + F(N(x)) -> y = x

assert torch.allclose(pre_ln_out, x, atol=1e-6)          # Pre-LN: 严格恒等
assert torch.allclose(post_ln_out, ln(x), atol=1e-6)     # Post-LN: 严格等于 N(x)
assert not torch.allclose(post_ln_out, x, atol=1e-4)     # 且一般不等于 x

[D04] Full forward vs cached decoding（eval() + 无 dropout 下，整段前向 与 逐 token 增量解码 必须数值一致——同时检验 causal mask、RoPE position offset、cache append 三处正确性）：

causal = build_causal_mask(torch.arange(T), torch.arange(T))
out_full = block(x, cos, sin, mask=causal)                  # 一次性算完整段

cache = KVCache()
outs = []
for t in range(T):
    q_pos, k_pos = torch.tensor([t]), torch.arange(t + 1)
    mask_t = build_causal_mask(q_pos, k_pos)                 # 新 token 看 0..t 全部
    outs.append(block(x[:, t:t+1, :], cos, sin, mask=mask_t,
                       kv_cache=cache, start_pos=t))
out_cached = torch.cat(outs, dim=1)
assert torch.allclose(out_full, out_cached, atol=1e-4)
assert cache.k.shape[1] == n_kv_heads                        # cache 头数从未涨到 n_q_heads

[D08] Parallel vs sequential dependency（用 forward hook 抓 FFN 的真实输入张量，和"独立重算出的期望张量"做精确匹配——而不是脆弱的"两个随机数不相等"）：

captured = {}
seq_blk.ffn.register_forward_hook(lambda m, i, o: captured.setdefault("x", i[0]))
seq_blk(x, causal)
a, _ = seq_blk.attn(seq_blk.norm1(x), mask=causal)
assert torch.allclose(captured["x"], seq_blk.norm2(x + a), atol=1e-5)   # 串行：FFN 看到"更新后"的流

captured.clear()
par_blk.ffn.register_forward_hook(lambda m, i, o: captured.setdefault("x", i[0]))
par_blk(x, causal)
assert torch.allclose(captured["x"], par_blk.norm(x), atol=1e-6)       # 并行：FFN 看到"原始"的流

脚本应满足的关键不变量（逐条对应 [D01]–[D09]，这里按"验证意图"描述，具体断言实现以脚本为准）：

1. [D01] Shape contract：四个入口类都保持 [B,T,d] 残差宽度不变；cross-attn 在 $T\ne S$ 时仍正确返回长度 $T$ 的输出，且应验证真正读取了 memory（改变 memory 会改变输出），而不只是验证 shape。
2. [D02] 残差拓扑测试：子层输出置零后，Pre-LN 类 block 严格输出 $x$；Post-LN 类 block 输出 $N(x)$，一般不等于 $x$；两次子层各自的 LN 应分别比较，不能用同一个 $N(x)$ 自证自身。
3. [D03] Causal 不泄露：只扰动位置 $t{+}1$ 之后的 token，位置 $0..t$ 的输出必须原封不动；应确认这条不变量确实由 attention 分支贡献。
4. [D04] Full forward vs cached decoding：eval() + 无 dropout 下，整段前向与逐 token 增量解码在所有位置上数值一致，且 cache 头维度全程保持 $n_\text{kv}$——这是排查 causal mask / RoPE offset / cache 顺序 bug 最直接的手段，但不是唯一需要覆盖 attention 分支非零贡献的测试。
5. [D05] MHA/MQA/GQA 退化：$n_\text{kv}=n_q$ 时的通用实现与独立手写的 plain MHA reference 严格一致；$n_\text{kv}=1$（MQA）和中间取值（如 $n_\text{kv}=2$）都应有独立的 repeat_interleave reference 比较，不能只测退化到 $n_\text{kv}=n_q$ 这一个特例。
6. [D06] 参数公式：$d=96$ 时 dense FFN（hidden $=4d$）与 gated FFN（hidden $=8d/3$）矩阵参数都恰好 73,728；GQA/MHA attention 矩阵参数与 $2d^2(1+n_\text{kv}/n_q)$、$4d^2$ 公式精确相等；$d_\text{model}$ 不整除头数的非法配置应在构造时就报错。
7. [D07] Packed projection 数值等价：packed QKV（及 packed gate+up）与三个（或两个）独立 Linear 用相同权重时输出在数值上一致（不是"逐位"意义上的 bit-identical）。
8. [D08] Parallel vs sequential：forward hook 同时抓到 attention 和 FFN 的真实输入，串行 block 精确等于 $N_2(x+\text{Attn}(N_1(x)))$，并行 block 两个分支都精确等于 $N(x)$。
9. [D09] Backward smoke test：dense block 全部参数梯度有限；MoE-swapped block 应遍历所有非"本 batch 未使用"expert 的参数并检查非零梯度，router/attention/norm 等其余参数也应正常拿到梯度。

运行 python3 code/transformer_block.py 的真实输出（代码修复完成后重新运行并回填,D10-D15 是代码审核阶段新增的针对性回归测试,分别对应构造器参数校验、KV cache 一致性、cross-attention 组合限制、mask 安全性与广播、默认 causal 行为、RoPE cache 的 device/dtype 处理）：

[D01] shapes (enc/dec2017/gpt2/modern) = [torch.Size([2, 7, 96]), torch.Size([2, 7, 96]), torch.Size([2, 7, 96]), torch.Size([2, 7, 96])] (expect 4x (2,7,96)); cross-attn ran with Tq=7 != S=5; changing memory changes cross-attn output (memory is actually read, not ignored) = True  PASS
[D02] formula-level: Pre-LN(F=0)==x: True; Post-LN(F=0)==N(x): True (and != x: True); class-level: zeroed ModernDecoderBlock==x: True, zeroed Post-LN encoder layer != x: True, == ln2(ln1(x)) exactly: True  PASS
[D03] perturbing tokens after t=3: positions 0..3 unchanged = True, positions 4..5 changed = True; perturbing position 0 changes positions 1..5 (attention actually mixes forward, not a dead branch) = True  PASS
[D04] full-forward vs token-by-token cached decode: max|Δ| = 4.77e-07 (tol 1e-04, numerically equivalent, NOT bit-identical); cache CONTENT vs independently projected+rotated K/V: max|ΔK|=3.58e-07, max|ΔV|=4.77e-07; final cache shape head_dim=2 (expect 2) len=6 (expect 6)  PASS
[D05] GQA(n_kv=n_q) == independent reference MHA: max|Δ|=0.00e+00; GQA(n_kv=2, group=4) == independent repeat_interleave reference: max|Δ|=8.94e-08; MQA == same reference (n_kv=1): max|Δ|=8.94e-08, cache head_dim=1 (expect 1), output shape=(2, 5, 96), per-query-head outputs distinct (not collapsed) = True  PASS
[D06] FFN params: dense(4d)=73728, gated(8d/3)=73728 (both expect 73728); attn params: GQA=23040 (formula 2d^2(1+n_kv/n_q)=23040), MHA=36864 (formula 4d^2=36864)  PASS
[D07] packed QKV vs separate: max|Δ|=4.77e-07; packed gate+up vs separate: max|Δ|=0.00e+00  PASS
[D08] sequential: attn input == norm1(x): True, FFN input == norm2(x+attn_out) (updated stream): True (and != norm2(x) alone: True); parallel: attn input == norm(x): True, FFN input == norm(x): True, attn and FFN inputs are the literal SAME tensor: True  PASS
[D09] dense block: all grads finite = True, all non-zero = True; MoE tokens_per_expert=[1, 0, 2, 0] (<4 tokens, so >=1 expert unused by pigeonhole); touched experts non-zero+finite grad, untouched experts no/zero grad: True; router gate non-zero+finite grad: True; rest-of-block (attn+norms) non-zero+finite grad: True  PASS
[D10] d_model % n_q_heads != 0 raises ValueError: True; n_q_heads % n_kv_heads != 0 raises ValueError: True; RoPE + odd head_dim raises ValueError: True; MoEFFN(top_k=2) raises NotImplementedError (no silent top-1 downgrade): True  PASS
[D11] inconsistent start_pos vs non-empty cache raises ValueError: True; consistent start_pos does not raise: True; cache.reset() clears state: True; append() with mismatched batch/shape raises ValueError: True  PASS
[D12] cross-attention + RoPE raises ValueError: True; cross-attention + KV cache raises ValueError: True; plain cross-attention (no RoPE/cache) still works, shape=(1, 4, 32): True  PASS
[D13] fully-masked query row produces finite output (no NaN): True; key_padding_mask correctly isolated per-batch-sample when B==n_kv_heads (2): max|Δ| vs per-sample reference=1.79e-07 -> True; same check when B==Tq (3): max|Δ|=1.64e-07 -> True  PASS
[D14] GPT2StyleDecoderLayer: omitted causal_mask == explicit causal_mask: True, default is genuinely causal (no future->past leakage): True; ModernDecoderBlock: omitted causal_mask == explicit causal_mask: True  PASS
[D15] build_rope_cache(dtype=float64) produces float64 cos/sin: True; apply_rope auto-casts a mismatched (float32) cache to a float64 input's dtype (no crash, correct output dtype): True; matches a natively-float64-built cache: True (max|Δ|=0.00e+00)  PASS

all transformer block sanity checks passed ✓

§8 Model Recipe Atlas

8.1　主流模型 Block Recipe 对照表

口径说明：下表"QK-Norm"专指 attention 点积前对每个 head 的 Q/K 显式做归一化，不把 DeepSeek MLA 内部的低秩 latent 投影归一化算作 QK-Norm；"branch pre+post"指 $y=x+N_\text{post}(F(N_\text{pre}(x)))$，不等同于原始 Post-LN；下表只描述 MHA/MQA/GQA 的 KV-head 共享方式，local/sliding/global attention pattern 单独写在备注列；final norm、local/global 排布属于 stack 调度层（参见 §0 分层地图），本表按模型整体 recipe 呈现，不代表它们是某个单一 block 的私有字段；这些代表性模型的 canonical recipe 中没有一个以 ALiBi 为主要位置方案。

从这张表能读出的三个规律（对照 §0 的分层地图）：(1) "Norm 拓扑"和"Norm 类型"两列几乎总是绑定出现——Pre-LN 配 RMSNorm、Parallel Pre-LN 配 LayerNorm、branch pre+post 也配 RMSNorm，说明这两个维度虽然分析时可以分开讨论，实践中的组合空间比理论空间窄得多；(2) "Attention"列里 MHA/MQA/GQA/MLA 四种取值在同一批代表性模型里都能找到例子，佐证了 §4 "这是并存的设计点，不是历史阶梯"的判断；(3) "Parallel attn+FFN"这一列只有 GPT-J、PaLM 两行是"是"，其余全部模型都用串行——parallel 是小众但确实在用的变体，不是历史被淘汰的死路。

8.2　十二条最容易翻车的说法

把全文出现过的高频误答收进一张表，考前最后扫一遍：

§9 30 高频面试题

按难度分三档，点开看答案要点 + 易踩坑。L2/L3 是顶级 lab 深水区（拓扑分叉、装配轴独立性、系统正确性、跨模型 recipe 比较）。答题时不重复 sibling tutorial 里的深度数学推导，按"结构判断 → 关键公式 → 常见错误"组织即可。

L1必会题

L2进阶题

L3高级题

📚 参考文献

• Transformer（原始 encoder-decoder） — Vaswani et al., Attention Is All You Need, arXiv 1706.03762 (2017), NeurIPS 2017.
• GPT-2（decoder-only，Pre-LN，learned absolute PE） — Radford et al., Language Models are Unsupervised Multitask Learners, OpenAI 技术报告 (2019)（无 arXiv id）.
• GPT-3 — Brown et al., Language Models are Few-Shot Learners, arXiv 2005.14165 (2020), NeurIPS 2020.
• GPT-J（parallel residual） — Wang & Komatsuzaki, GPT-J-6B: A 6 Billion Parameter Autoregressive Language Model, EleutherAI 开源发布 (2021)（无正式论文/arXiv id）.
• PaLM（parallel residual，MQA） — Chowdhery et al. (Google), PaLM: Scaling Language Modeling with Pathways, arXiv 2204.02311 (2022).
• RoPE — Su et al., RoFormer: Enhanced Transformer with Rotary Position Embedding, arXiv 2104.09864 (2021)。LLaMA 系是重要采用者，不是提出者。
• Llama 1 — Touvron et al., LLaMA: Open and Efficient Foundation Language Models, arXiv 2302.13971 (2023).
• Llama 2 — Touvron et al., Llama 2: Open Foundation and Fine-Tuned Chat Models, arXiv 2307.09288 (2023).
• Llama 3 — Grattafiori et al. (Meta), The Llama 3 Herd of Models, arXiv 2407.21783 (2024).
• Qwen2 — Yang et al. (Qwen Team), Qwen2 Technical Report, arXiv 2407.10671 (2024).
• Qwen2.5 — Qwen Team, Qwen2.5 Technical Report, arXiv 2412.15115 (2024).
• Mistral 7B（sliding-window attention） — Jiang et al., Mistral 7B, arXiv 2310.06825 (2023).
• Gemma（1） — Gemma Team (Google DeepMind), Gemma: Open Models Based on Gemini Research and Technology, arXiv 2403.08295 (2024).
• Gemma 2（branch pre+post norm，soft-capping） — Gemma Team (Google DeepMind), Gemma 2: Improving Open Language Models at a Practical Size, arXiv 2408.00118 (2024).
• Gemma 3（QK-Norm） — Gemma Team (Google DeepMind), Gemma 3 Technical Report, arXiv 2503.19786 (2025).
• MQA — Shazeer, Fast Transformer Decoding: One Write-Head is All You Need, arXiv 1911.02150 (2019).
• GQA — Ainslie et al., GQA: Training Generalized Multi-Query Transformer Models from Multi-Head Checkpoints, arXiv 2305.13245, EMNLP 2023.
• MLA / DeepSeek-V2 — DeepSeek-AI, DeepSeek-V2: A Strong, Economical, and Efficient Mixture-of-Experts Language Model, arXiv 2405.04434 (2024).
• DeepSeek-V3 — DeepSeek-AI, DeepSeek-V3 Technical Report, arXiv 2412.19437 (2024).
• DeepSeekMoE（fine-grained + shared experts） — Dai et al., DeepSeekMoE: Towards Ultimate Expert Specialization in Mixture-of-Experts Language Models, arXiv 2401.06066 (2024), ACL 2024.
• Auxiliary-Loss-Free Balance — Wang, Gao, Zhao, Sun & Dai, Auxiliary-Loss-Free Load Balancing Strategy for Mixture-of-Experts, arXiv 2408.15664 (2024).
• Mixtral of Experts — Jiang et al., Mixtral of Experts, arXiv 2401.04088 (2024).
• Pre-LN vs Post-LN 梯度论证 — Xiong et al., On Layer Normalization in the Transformer Architecture, arXiv 2002.04745 (2020), ICML 2020.
• DeepNorm / DeepNet — Wang et al., DeepNet: Scaling Transformers to 1,000 Layers, arXiv 2203.00555 (2022).
• RMSNorm — Zhang & Sennrich, Root Mean Square Layer Normalization, arXiv 1910.07467 (2019), NeurIPS 2019.
• QK-Norm — Henry et al., Query-Key Normalization for Transformers, arXiv 2010.04245 (2020), EMNLP 2020 Findings.
• GELU — Hendrycks & Gimpel, Gaussian Error Linear Units (GELUs), arXiv 1606.08415 (2016).
• GLU Variants / SwiGLU — Shazeer, GLU Variants Improve Transformer, arXiv 2002.05202 (2020)。提出并系统评估了这些 Transformer FFN 变体；原始 GLU 与 SiLU/Swish 的基础思想各有更早来源。