LLM の次なる潮流を追うスタートアップたち
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MIT Technology Review AI
MIT Technology Review は、Transformer アーキテクチャの根本的な限界を克服し、計算コストとコンテキストウィンドウの問題を解決する次世代 LLM を目指すスタートアップ群の台頭を紹介している。
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AI NEW LABで論点を見るAI深層分析を開く2026年8月10日 18:46
AI深層分析
キーポイント
Transformer の限界と代替技術への期待
現在の主要な大規模言語モデルを支える Transformer は、長文処理や大量情報の同時処理において根本的な欠陥を示しており、研究者らは次世代アーキテクチャを模索している。
計算コストと電力消費の増大
Dense attention 機構による膨大な乗算演算が必要となるため、LLM の学習・推論には莫大な電力が消費され、OpenAI は今年だけで 500 億ドルを計算資源に投入する予定である。
次世代モデルの課題と可能性
既存の技術は単なる延長線上ではなく根本的な欠陥への応急処置であり、新参のスタートアップがコンテキストウィンドウの拡大や処理効率の向上を実現する新たなアプローチを追求している。
業界の転換点
MIT Technology Review はこの次世代モデル群を「LLMs+」と定義し、業界全体がアーキテクチャの再構築という大きな転換期にあることを示唆している。
スパースアテンションの革新
Subquadratic は、すべての単語ペアではなく重要な単語に計算を集中させる新しいスパースアテンション機構を開発し、検索やコーディングなどのタスクで主流モデルと対等な性能を発揮すると主張している。
重要な引用
"The entire AI industry is built on transformers," says Justin Dangel, cofounder and CEO of the AI startup Subquadratic.
OpenAI is set to spend $50 billion on computing this year, according to the company's president, Greg Brockman.
MIT Technology Review dubbed this future generation of models LLMs+ in this year's list of the 10 things that matter in AI.
Subquadratic, a startup based in Miami, claims it has invented the first sparse attention mechanism that rivals top mainstream LLMs on a handful of tasks, including search and coding.
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Transformer の限界を指摘し、次世代アーキテクチャへの期待を語る本記事は、現在の AI ブームの裏側にあるインフラの課題を浮き彫りにしている。スタートアップが既存の巨人に挑戦する構図は、技術革新のサイクルが加速していることを示唆しており、業界関係者はその動向を見逃せない。
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「What's Next」シリーズは、業界・トレンド・技術を横断的に見渡し、未来への最初の glimpse を提供します。他の記事はこちらで読むことができます。
2017 年夏のことです。Google の AI 研究者たちは「Attention Is All You Need」という論文を発表しました。そこでは、トランスフォーマーと呼ばれる新しいタイプのニューラルネットワークが紹介されました。このアーキテクチャは、特にテキストのような長いデータシーケンスの処理において極めて優れた能力を示しました。
それから9年が経った現在、トランスフォーマーは市場に出ている主要な大規模言語モデル(LLM)のすべてに搭載されています。「AI 業界全体がトランスフォーマーの上に成り立っています」と語るのは、AI スタートアップ「Subquadratic」の共同創設者兼 CEO、ジャスティン・ダンゲル氏です。「これはコンピュータサイエンス史上でも最も重要なイノベーションの一つであり、世界を変えました。」
しかし、トランスフォーマーもいよいよ老朽化の兆しを見せています。最近の LLM における進歩、いわゆる推論モデルの開発や、一度に大量の入力を処理する能力などは、コア技術の単純な拡張ではなく、その根本的な欠陥を穴埋めするための workaround(回避策)です。
今や、多くの科学者やエンジニアが「次は何が来るのか」と問い始めています。LLM 自体が消えることはありませんが、その構築方法はこれから争奪戦となるでしょう。(MIT Technology Review は、今年発表された「AI における重要事項10選」の中で、この次世代モデルを「LLMs+」と名付けました。)
このブームの最前線にある技術の限界を押し広げようとするスタートアップが新たな波として現れています。間違いなく失敗する企業もあるでしょうが、これらには賭けるべき未来があり、現在のトップ企業よりも失うものが遥かに少ないのです。
数の強さ
まず、解決すべき課題から見ていきましょう。トランスフォーマーの最大の強みは、「密なアテンション(dense attention)」と呼ばれるメカニズムにあります。これはテキストのブロックの意味を数値の列に変換する仕組みです。このプロセスでは、そのテキスト内のすべての単語(あるいは単語の一部であるトークン)同士が、乗算という形を通じて互いに比較されます。
密なアテンションは、テキストの意味を驚くほど正確に捉えることができます。しかし、テキストの長さが伸びるにつれて、処理に必要な計算量が急増します。10,000語の文書であれば、トランスフォーマーが5,000万回の乗算を実行する必要が生じます。これが、大規模言語モデル(LLM)が莫大な電力を消費する主な理由です。
コストは甚大です。OpenAI のプレジデントであるグレッグ・ブロクマン氏によると、同社は今年だけで計算資源に500億ドルを投じる予定だといいます。また、国際エネルギー機関(IEA)の予測では、2030年までにデータセンターが消費する電力総量が倍増するとされています。
さらに、トランスフォーマーは最新のモデルが設計された目的に対して苦手とする点があります。単語を一つずつ処理する仕組みのため、一度に大量の情報を追跡するのが得意ではありません(つまり、文脈ウィンドウが大きくなりすぎないという限界があるのです)。しかし、LLM がより高度なタスクを実行するためには、膨大なデータを扱う必要があります。例えば、図書館全体のドキュメントや、コードベース全体、あるいはエージェントの場合には他の LLM からの出力などです。
推論モデルについては、自分自身にメモを書く(思考の連鎖と呼ばれる一種のスケッチパッドのようなもの)ことで動作し、その後でそれを読み返します。これもまた、追跡すべきデータ量を増やす要因となります。
LLM が大型化・高性能化するにつれ、トランスフォーマーがボトルネックとなっています。かつてこの技術の最大の強みだったものが、今や制限となっているのです。
トランスフォーマーの問題を解決するための 4 つの新しいアイデアをご紹介します。これらの革新は LLM を根本から変え、より高速で、はるかに効率的になり、(もしかすると)さらに賢くなる可能性を秘めています。
01: アテンションの見直し
LLM をより速く、安価にする明白な方法は、問題に正面から取り組み、アテンションの仕組みそのものを変えることです。密集したアテンションを「スパース・アテンション」と呼ばれるメカニズムに置き換えることで、テキストブロック内の単語ペアすべてではなく一部の組み合わせのみで計算を実行し、LLM が必要とする計算量を劇的に削減できます。
研究者たちは長年、さまざまなスパースアテンション機構を考案してきました。しかし、そのどれもが意味の理解において密なアテンション(dense attention)に勝るものではありませんでした。
それが変わるかもしれません。マイアミに拠点を置くスタートアップ「Subquadratic」は、検索やコーディングといった一部のタスクにおいて、主要な大規模言語モデル(LLM)と肩を並べる初のスパースアテンション機構を開発したと主張しています。これは大きな声明であり、業界関係者の一部からは懐疑的な見方も根強く残っています。
Subquadratic によると、同社のモデル「SubQ」は、与えられたテキストの各部分に対してその場でどの単語が重要で、どの単語が無関係かを判断することで動作します。同社はまた、数千名がウェイトリストに登録しており、間もなく広く利用可能になると計画しています。
一方、サンフランシスコに拠点を置くスタートアップ「Manifest AI」は、異なるアプローチでこの課題に取り組んでいます。アテンションの仕組みそのものを変えるのではなく、それを別の何かと置き換えるのです。
同社が開発したのが「パワーリテンション(power retention)」と呼ばれる機構です。これは、特定のタスクにとって最も関連性の高い情報だけを保存し、LLM が追跡しなければならないデータ量が膨大にならないようにするものです。
アテンション機構は、LLM がコンテキストウィンドウ内のすべての情報を追跡することを強制します。一方、スパースアテンションモデル(SubQ など)は個々の単語の多くを捨て去りますが、それでも見たものの全体像を大まかに保持しています。それに対し、パワーリテンションは、コンテキストウィンドウのローリングサマリーをモデルに提供することで機能します。新しい情報が追加されると、関連性の低い情報は自動的に削除されます。
この「保持」の基本原則はすでに 10 年以上前から存在していました。Manifest AI は、その技術を刷新し、初めてトランスフォーマーベースの LLM に匹敵するモデルを構築したと主張しています。
同社によれば、トランスフォーマーモデルを最小限の再学習でパワーリテンションモデルへ転換することが可能です。その実証として、既存のオープンソースコーディング用 LLM「StarCoder」をベースに、パワーリテンションを採用したバージョン「PowerCoder」を開発しました。また、アリババの人気オープンソースモデル Qwen の一部バージョンと対抗できるとするモデル「Brumby」も公開しています。
Manifest AI は、LLM が膨大なデータを処理するタスクを実行する際、パワーリテンション技術をデファクトスタンダードにしたいと考えています。同社の共同創設者兼 CTO、カルレス・ゲラダ氏は昨年発表された動画で、数時間に及ぶビデオの分析や、数週間にわたりタスクを継続できるエージェントの構築など、多くの有用な応用事例があると強調しました。
02: モデルを小さく、より柔軟に
マサチューセッツ州ケンブリッジに拠点を置く MIT スピンアウト企業 Liquid AI は、トランスフォーマーを完全に廃止したわけではありませんが、独自の技術である「液体ニューラルネットワーク」と組み合わせることで、共同創業者兼 CEO のラミン・ハサニ氏が「LFM(Liquid Foundation Models:液体基盤モデル)」と呼ぶ新しいアーキテクチャを実現しています。
Liquid AI のモデルは、一般的な大規模言語モデル(LLM)に比べてサイズが小さく、消費電力も抑えられています。同社はメルセデスなどの自動車メーカー向けに、車両内部の小型チップ上で動作するモデルを開発しています。最新モデルなら、50 ドル程度の低価格な趣味用コンピュータ「Raspberry Pi」でも実行可能です。
年商 1,000 万ドル未満の組織であれば、同社のモデルは無料で利用できます。その人気は確かで、ハサニ氏によればダウンロード数はすでに約 3,400 万件に達しているそうです。
液体ニューラルネットワークはミミズの脳から着想を得たもので、トランスフォーマー以前から存在する「畳み込みニューラルネットワーク」の一種を拡張したものです。最大の革新点は、モデルが新しい情報に応じて動作を適応させるメカニズムを持っています。これにより、学習しながら行動を改善できるのです。一方、トランスフォーマーでは一度トレーニングが完了するとその挙動は固定されてしまい、この柔軟性は得られません。
Liquid AI の初期のモデルは基本的な機能しか持っていませんでしたが、ドローンの飛行や車両の運転といったタスクを実行可能でした。LFM を通じて同社は技術を拡張し、主流の LLM と対抗できる規模へと成長させようとしています。その最新モデルは、アリババの「Qwen」や Google のオープンソースモデル「Gemma」など、競合他社の 4 倍サイズのモデルと同等のパフォーマンスを発揮します。
一般的な大規模言語モデル(LLM)は、トランスフォーマーを積み重ねて構築されています。一方、Liquid AI が最近発表した LFMs はハイブリッドモデルで、20% をトランスフォーマーが、80% をリキッドニューラルネットワークが占めています。
この比率は、Liquid AI 自身が開発した別の AI システムによって導き出されたものです。同社はこのシステムを自社のすべてのモデル設計に活用しています。「現在、当社のコアテクノロジー就是这个です」とハサニ氏は語ります。このデザイナーAIは、リキッド型や畳み込み型など多様なニューラルネットワークの組み合わせやトランスフォーマーを精査し、性能と効率性のバランスが最適な設計を提案します。
ハサニ氏によれば、トランスフォーマーは単なる序章に過ぎないといいます。「人間の脳は AGI システムであり、わずか 20 ワットの電力で動作しています。どうしてそんなことが可能なのか?もっと革新的なアプローチができるはずです」
03: テキストを一括生成する
現在の LLM のほとんどは、単語を一つずつ生成します。人間が話し書きをするプロセスに倣っているため、一見理にかなっています。しかし、コンピュータにとっては非常に非効率です。
LLM がテキストを一括で生成する方が、はるかに高速かつ低コストです。つまり、文や段落を一度に出力するアプローチです。この手法を採用しているのが、カリフォルニア州パロアルトに拠点を置くスタートアップ「Inception」です。同社は拡散モデル(diffusion)という技術を用いて LLM を構築しています。
拡散モデルは、画像や動画生成モデルの多くを動かす技術としてよく知られています。このモデルは、古いテレビのノイズのようなランダムなピクセルのグリッドを入力とし、それを意味のある画像に変換するように訓練されています。すべてのピクセルを同時に処理し、どのピクセルを変更すればノイズが高精細な写真のように見えるかを計算することで、その変換を実現します。
実はこのプロセスはテキストにも応用可能です。Inception は自社の大規模言語モデル(LLM)を訓練し、ランダムな単語の羅列から意味のある文章へと変換できるようにしました。拡散型 LLM も依然として意味を符号化するためにトランスフォーマーを利用しますが、一度に大量のテキストブロックを生成することで、トランスフォーマーがより少ない計算量でより多くの処理を行えるようになります。「依然として大規模なトランスフォーマーモデルを使用していますが、複数のトークンを同時に予測できるのです」と、Inception の共同創設者兼 CEO である Stefano Ermon は語ります。「そのため、これらのモデルは現在他の多くの人々が構築しているものよりも、はるかに高速でコスト効率に優れているのです。」
課題は、画像生成のために設計された技術をテキストに応用することでした。Ermon によれば、画像では青いピクセルを赤く変更する必要がある場合、中間の色を経由して段階的に変化させることができますが、テキストではそれができません。「『猫』と『犬』の間には、実質的な中間概念が存在しないからです。」
アーモン氏はスタンフォード大学の研究者でもあります。2024 年、彼は同大学の同事二人と協力し、拡散モデルをテキスト処理に適用するための数学的基盤を確立しました。その結果、2019 年に OpenAI が開発した大規模言語モデル(LLM)「GPT-2」と同等の性能を持ちながら、推論速度が 10 倍になる拡散モデルを開発することに成功しています。この成果は、アーモン氏が独立して会社を設立する十分な根拠となりました。
現在、彼はより大きな舞台へと目を向けています。同社「Inception」が発表した最新モデル「Mercury 2」は、2023 年にリリースされた OpenAI の GPT-4 シリーズの一部と同等の性能を発揮すると主張されていますが、やはり速度は 10 倍です。「このアプローチには大きな期待を抱いています。なぜなら、これがスケーラビリティを実現する唯一の方法だからです」とアーモン氏は語ります。
彼にとって重要なのは速度とコストのみです。「究極的には、通貨となるのは『1 ドルあたりの知能』なのです」と付け加えます。
Inception だけが拡散モデルに賭けているわけではありません。Google も同様のアプローチを検証しており、「Diffusion Gemma」というプロトタイプの LLM を構築しています。しかし、アーモン氏は競合を心配していません。「これは我々の方向性が正しいことを裏付けるものです。これが未来です」と彼は断言します。
04: 言葉の枠組みを超えて
パロアルトに拠点を置くもう一つのスタートアップ「Pathway」は、この新しいグループの中でも最も過激な存在かもしれません。同社は LLM を言語という制約から解放することを目指しています。
同社は、テリー・プラチェットの小説『魔法の色彩』に登場するドラゴン(強く意識すると現れる)にちなんで「Dragon Hatchling」と名付けたLLMを開発しました。これまでに得られた最も目覚ましい成果は、25 万を超える難問の数独パズルを LLM が競うベンチマークで高いスコアを記録したことです。Dragon Hatchling は 97% 以上の問題を解決しましたが、大手研究所から出された数々の主要な LLM の多くは、一つも解くことができませんでした。
Pathway が伝えたいのは、LLM がさまざまなタスクで目覚ましい成功を収めている一方で、依然として致命的に失敗する問題のクラスが存在するという点です。数独はその一例に過ぎません。LLM が現実の問題に対して真に革新的な解決策を生み出すためには、トランスフォーマーを超えたアプローチが必要だと、Pathway の共同創設者兼 CEO のズザンナ・スタミロフスカは主張します。
その理由は、トランスフォーマーが LLM にテキストによる処理しか強制しているからです。しかし、言語は特定の推論には最適なツールではありません。「数独の盤面を単語一つずつで表現するのは非常に困難です」とスタミロフスカは述べています。
Pathway の解決策は、トランスフォーマーの背後にある数学を根本から変えることにあります。従来のアテンション・メカニズムに代わり、「状態空間(state space)」と呼ばれる数学的構造を採用しています。
単語を一つずつ情報を符号化するのではなく、状態空間ではそれをより抽象的な表現へと圧縮します。この手法を用いることで、Dragon Hatchling は依然としてテキストの処理や生成が可能ですが、それだけでなく、言葉の連続に依存しない推論形式も模倣できるようになります。これにより Pathway のモデルは効率性が向上するだけでなく、理論上では他の大規模言語モデル(LLM)が扱えないタスクにも挑戦できる可能性があります。
チェスや数学のようなパズルは、長い文章として頭の中に保持されるものではないと Stamirowska は指摘します。「脳内で閃く『エureka!』の瞬間は、必ずしも言語化されたものではありません。もし言語による推論に頼らざるを得ないなら、どこかで制約を受けていることになるでしょう」と彼女は主張しています。
Stamirowska は、一般的な LLM がサドルクの解き方を記した本を読み込み、その手順を実行するコードを生成することはできると認めています。しかし、彼女が目指しているのは単なる「教科書的な知恵」を超えたモデルです。「AI の真の希望は、サドルクを解くことではありません。がんを治すことです。そんなことを記した本はありません」と彼女は語ります。
さらに彼女は、「トランスフォーマーは私たちがたまたま辿り着いた工学的な便法に過ぎません。それが一種の宗教のような広がりを見せましたが、再び画期的な突破が起きないと思うのは愚かなことです」と付け加えています。
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MIT Technology Review’s What’s Next series looks across industries, trends, and technologies to give you a first look at the future. You can read the rest of them here.
Way back in the summer of 2017, AI researchers at Google put out a paper called “Attention Is All You Need,” in which they described a new type of neural network called a transformer. It proved to be very good at processing long sequences of data, especially text.
Nine years on, transformers are the engines inside every major large language model on the market. “The entire AI industry is built on transformers,” says Justin Dangel, cofounder and CEO of the AI startup Subquadratic. “They are one of the most important innovations in the history of computer science, and they’ve changed the world.”
But transformers are starting to show their age. Many of the recent advances in LLMs, such as the development of so-called reasoning models and their ability to handle large amounts of input at once, are not neat extensions of that core technology but workarounds that patch over some of its fundamental flaws.
A growing number of scientists and engineers are now asking what’s coming next. LLMs are not going anywhere, but the way they get built is up for grabs. (MIT Technology Review dubbed this future generation of models LLMs+ in this year’s list of the 10 things that matter in AI.)
Enter a wave of startups hoping to push the boundaries of this boomtown technology. Some will no doubt fail—but they have everything to play for and far less to lose than the companies at the front of the pack today.
Strength in numbers
But first, the problem. The key strength of transformers lies in a mechanism called dense attention, which encodes the meaning of a block of text in a series of numbers. The process involves comparing every word (or part of a word, known as a token) in that text with every other word via a form of multiplication.
Dense attention can capture the meaning of text with remarkable accuracy. But as the length of that text grows, the number of computations needed to process it adds up fast. A document 10,000 words long might require a transformer to perform 50 million multiplications. That’s the main reason LLMs suck up so much power.
The costs are huge. OpenAI is set to spend $50 billion on computing this year, according to the company’s president, Greg Brockman. And the International Energy Agency predicts that the total amount of electricity consumed by data centers will double by 2030.
What’s more, transformers struggle with what many of the latest models are designed to do. Because of the way they process text word by word, transformers are not great at keeping track of a lot of information at once (in other words, what’s known as their context window cannot get too large). And yet if LLMs are to carry out harder tasks, they will need to take in larger amounts of data: a whole library of documents, an entire code base, or in the case of agents, output from other LLMs.
As for reasoning models, they work by writing notes to themselves (in a kind of scratch pad known as a chain of thought) and then reading them back, which again adds to the amount of data to stay on top of.
As LLMs get bigger and better, transformers have become a bottleneck. The technology’s key strength is now a limitation.
Here are four new ideas for how to solve the transformer problem—innovations that could change LLMs for good, making them faster, far more efficient, and (maybe) even smarter.
01: Rethinking attention
An obvious way to make LLMs faster and cheaper is to tackle the problem head on and change the way attention works. Swapping out dense attention for a mechanism called sparse attention, which runs calculations on only some pairings of words in a block of text instead of all of them, can radically reduce the amount of computation LLMs need to do.
Researchers have come up with plenty of sparse attention mechanisms over the years. The problem is that none of them were as good as dense attention at capturing meaning.
That might have changed. Subquadratic, a startup based in Miami, claims it has invented the first sparse attention mechanism that rivals top mainstream LLMs on a handful of tasks, including search and coding. It’s a huge claim (and some people in the industry remain skeptical).
Subquadratic says its model, SubQ, works by figuring out on the fly—for each piece of text it is given—which words matter and which don’t. The company also claims that thousands have signed up to its waitlist and plans to make the model widely available soon.
Meanwhile, Manifest AI, a startup based in San Francisco, is coming at the problem from a different angle. Instead of changing how attention works, it is replacing it with something else.
It has developed a mechanism it calls power retention, which stores only the most relevant information for a given task and ensures that the amount of data an LLM has to keep track of doesn’t blow up.
Attention mechanisms force LLMs to keep track of everything in their context window. A sparse attention model (such as SubQ) throws out a lot of the individual words, but it still retains a rough picture of everything it has seen. In contrast, power retention works by providing the model with a rolling summary of its context window. As new information is added, less relevant information is dropped.
The basic principle of retention has been around for a decade. Manifest AI claims it has updated those techniques to build models that can stand up to transformer-based LLMs for the first time.
The company says it is possible to adapt a transformer model into a power retention model with minimal retraining. To demonstrate this, it has turned an existing open-source coding LLM called StarCoder into a version that uses power retention, called PowerCoder. It has also released a model called Brumby, which it claims rivals some versions of Alibaba’s popular open-source model Qwen.
Manifest AI wants its power retention tech to become the go-to solution when LLMs need to carry out tasks that involve processing huge amounts of data. There are many useful applications, Manifest AI’s cofounder and CTO, Carles Gelada, claimed in a video announcing his company’s technology last year—from analyzing videos that are hours long to building agents that can stay on task for weeks at a time.
02: Making models smaller and more flexible
Liquid AI, an MIT spinout based in Cambridge, Massachusetts, hasn’t changed or ditched transformers fully but pairs them with its own tech, liquid neural networks, to build what cofounder and CEO Ramin Hasani calls LFMs (liquid foundation models).
Liquid AI’s models are far smaller and use less energy than most LLMs. The firm builds models for car makers, including Mercedes, which run on the small chips inside vehicles. Its latest models can run on a Raspberry Pi, a low-powered hobbyist computer that costs $50.
Its models are available for free to any organization with an annual revenue less than $10 million. And they have proved popular: The company has racked up almost 34 million downloads, says Hasani.
Liquid neural networks were inspired by worm brains. They are an extension of another type of neural network that predates transformers, called convolutional networks. The key innovation is a mechanism that lets a model adapt its behavior to new information, so it can learn as it goes. That’s not possible with transformers: Once a model is trained, its behavior is fixed.
Liquid AI’s first models were pretty basic but could fly drones or drive vehicles. With LFMs, the company is trying to scale up its technology to compete with mainstream LLMs. Its new models match the performance of rivals four times bigger, including versions of Alibaba’s Qwen and Google’s open-source LLM Gemma.
A typical LLM is built from a stack of transformers wired together. Liquid AI’s recent LFMs are hybrid models made up of 20% transformers and 80% liquid neural networks.
That ratio was hit upon by another AI system that Liquid AI has built, which it uses to help design all its models. “It’s the core technology of our company right now,” says Hasani. This designer AI sifts through many different combinations of neural networks—liquid, convolutional, and more, as well as transformers—and comes up with designs that bolt different ones together to hit a sweet spot of performance and efficiency.
Hasani thinks transformers were just the beginning: “Your brain is an AGI system, you know, and it operates with 20 watts of power. How is it possible? We can get a lot more innovative.”
03: Generating text all at once
Almost all LLMs produce their output one word at a time. It makes sense, because that is how people speak and write. But for computers, it’s very inefficient.
It is faster and cheaper for LLMs to generate text all at once—spitting out whole sentences or paragraphs in one shot. That’s the approach taken by Inception, a startup based in Palo Alto, California, which is building LLMs using a technique called diffusion.
Diffusion is better known as the technology that drives most image and video generation models. Diffusion models are trained to take a random grid of pixels—like the static on an old TV set—and turn it into an image. They do this by working on all the pixels at the same time, figuring out which need changing to make the static look more like a high-definition photo.
It turns out this process works on text too. Inception has trained its LLMs to take a random string of words and turn it into sentences that make sense. Diffusion LLMs still use transformers to encode meaning, but by producing whole blocks of text at once, they make transformers do more for less. “You’re still using a big transformer model, but you can predict many tokens at the same time,” says Inception’s cofounder and CEO, Stefano Ermon. “That’s why these models are so much faster and cost-efficient compared to what most other people are building today.”
The challenge was to take a technology designed for image generation and apply it to text. With images, if you need to change a blue pixel to a red one you can step through intermediate colors, says Ermon. That doesn’t work with text: “When you have ‘cat’ and ‘dog,’ there is not really something in between.”
Ermon is also a researcher at Stanford University. In 2024, he and a pair of his Stanford colleagues figured out the math to make diffusion models work with text. They trained a diffusion model that matched the performance of GPT-2—an LLM that OpenAI built in 2019—but was 10 times faster. It was enough for Ermon to spin out a company.
Today he has his sights on the big league. Inception claims its latest model, Mercury 2, performs as well as some of OpenAI’s GPT-4 models, released in 2023, but again 10 times faster. “We’re bullish about this approach because it’s the one that is going to scale up,” says Ermon.
The only things that matter are speed and cost, he adds: “Ultimately, the currency is going to be intelligence per dollar.”
Inception is not the only company betting on diffusion. Google is also experimenting with this approach and has built a prototype LLM called Diffusion Gemma. But Ermon is not worried about the competition. “I think it’s validating,” he says. “This is the future.”
04: Moving beyond words
Pathway, another startup based in Palo Alto, is perhaps the most extreme of this new bunch. It wants to free LLMs from the constraints of language.
The firm has built a type of LLM called Dragon Hatchling (named after the dragons in Terry Pratchett’s novel Color of Magic, which materialize if you think about them hard enough). Its standout result so far is a high score on a benchmark that pits LLMs against more than 250,000 very hard sudoku puzzles. Dragon Hatchling beat more than 97% of the puzzles; several leading LLMs from the top labs failed to solve any.
The point Pathway wants to make is that despite their remarkable success at many different tasks, there are still crucial classes of problems where LLMs fail. Sudoku is just one example. If we want LLMs to come up with genuine, novel solutions to real problems, we need to move beyond transformers, says Pathway’s cofounder and CEO, Zuzanna Stamirowska.
That’s because transformers force LLMs to do everything with text. But language is not the best tool for certain kinds of reasoning. “It’s very difficult to represent a sudoku board word by word,” says Stamirowska.
Pathway’s solution is to change the math behind the transformer, replacing the attention mechanism with a mathematical structure called a state space. Instead of encoding information word by word, state spaces compress it into a more abstract representation. Using this technique, Dragon Hatchling can still process and produce text, but it can also mimic forms of reasoning that do not involve sequences of words. This not only makes Pathway’s model more efficient, but (in theory) it lets it take on tasks that other LLMs cannot do.
Think of chess or mathematics—those kinds of puzzles are not held in your head as a long sentence, says Stamirowska: “The eureka moment that pops up in your brain isn’t necessarily in language. We would argue that if you have to reason in language, you’re somehow constrained.”
Stamirowska admits that a mainstream LLM could read a book about how to solve sudoku and then write code to do it. But we want to build models with more than book smarts, she says: “The hope for AI is not to solve sudoku; it’s to cure cancer. There’s not a book for that.”
“Transformers are an engineering convenience that we fell on,” she adds. “It started a religion, but it’s silly to think that a breakthrough won’t happen again.”
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