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Transformer 架构演进交互式可视化

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从 1943 年 MP 神经元到 2026 推理效率竞赛——在浏览器里完整走一遍深度学习与大模型的进化之路。

在线访问:https://atituiset.github.io/transformer-visualization/

纯前端单页应用(单 HTML 文件、零构建、零后端),所有前向计算由 TensorFlow.js 在浏览器本地完成。

功能

  • 10 大架构视图:前传基石(1943-2016)· 前史 RNN→2017 · 2017 原版 Encoder-Decoder · Decoder-Only Dense · Decoder-Only MoE · Attention 演进 · 线性/SSM · 生成范式 · 前沿探索 · 训练与对齐
  • 55+ 里程碑论文线(1943→2026):时间轴按四阶段分组,点击节点联动架构图高亮 + 抽屉解释(公式/代码/参数量/论文引用)
  • 真实前向传播:三套 TensorFlow.js 引擎可运行——2017 原版(含 Decoder 逐词生成)、现代 Dense(RMSNorm+RoPE+GQA+SwiGLU)、MoE(Router Top-2 稀疏路由 + 专家负载统计)
  • 预训练权重(可选):训练台一键加载 TinyShakespeare 字符级模型(tools/train.html 浏览器内训练产物,与演示架构逐算子一致),Dense 生成即真实语义
  • 在线微调:对已加载的预训练权重跑真实反向传播(Adam,约 10 秒),loss 曲线实时绘制——可视化中的变量即被训练的变量
  • 生成采样控制:temperature / top-k / top-p 滑杆,Top-K 图表实时展示「截断 + 重归一」后的分布变形
  • KV Cache 增量解码:Prefill 一次 + 每步仅前向 1 个新 token,解码步热力图 = 新 token 对全缓存的注意力,附整段重算耗时对照
  • 单步调试:底部控制台支持播放/暂停/单步前进/回退/跳转,点击日志任意步骤跳转并弹出解释抽屉
  • 注意力热力图:头/层/Softmax 前后切换 + Model View(全层×全头矩阵总览,点击定位)+ Neuron View(Q·K 逐维点积分解,点击热力图单元格)
  • 代码导出:按当前超参数生成可运行的 tfjs 模型构建代码,一键复制
  • 中英双语(v2.4):🌐 一键切换界面语言;界面与内容全量双语:assets/i18n/content.zh.js / content.en.js 内容语言包完整翻译;文档双语(docs/功能说明.md / docs/guide-en.md

知识覆盖(四阶段)

阶段 内容
神经网络诞生 1943-1986 MP 神经元 → Hebb → 感知机 → 反向传播
深度学习复兴 1990-2016 RNN/LSTM → Seq2Seq+Attention → AlexNet/Adam/GAN/BN/ResNet
Transformer 时代 2017-2022 原版架构 → 三大范式 → Dense/MoE/效率注意力/SSM 各线分流
后 Transformer 2023-2026 LLaMA 范式 → MLA/FlashAttention/Mamba/KDA → 扩散 LM/投机解码 → DeepSeek V4 / Kimi K3

本地运行

# 直接双击 index.html 即可(预训练权重加载需 http 服务),或:
python3 -m http.server 8642
# 访问 http://127.0.0.1:8642/index.html

复现预训练权重(可选)

python3 -m http.server 8642
# 浏览器打开 http://127.0.0.1:8642/tools/train.html?steps=2000
# 训练完成后在 DevTools 控制台执行 copy(__export()),粘贴保存为 assets/pretrained-dense.json

技术栈

原生 HTML/CSS/JS(单文件零构建)· TensorFlow.js 4.x(前向推理)· D3.js 7(架构图/热力图)· KaTeX(公式渲染)

已知限制

  • 默认权重为随机初始化:演示展示机制而非语言能力(可在「🎓 训练台」一键加载真实训练权重获得有语义的生成)
  • MoE 演示为示意实现(全专家计算后按门控合成;真实推理只计算被选中专家)
  • 生成演示已实现 KV Cache 增量解码(Prefill 一次 + 每步仅前向 1 个新 token,含整段重算耗时对照;微型模型上增量耗时不占优属预期,收益随上下文长度放大);缓存不持久化,每次运行重建
  • 预训练权重仅适配 d128/h4/N3 配置,修改超参数后自动失效回退
  • 依赖 CDN(tfjs/D3/KaTeX)与 assets/ 权重文件,离线打开需自行内联

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