passkey : add "self-extend"-like context extension (#4810)

* llama : "self-extend"-like context extension

* passkey : add comment

examples/passkey/passkey.cpp

@@ -10,7 +10,7 @@ int main(int argc, char ** argv) {
     gpt_params params;
 
     if (argc == 1 || argv[1][0] == '-') {
-        printf("usage: %s MODEL_PATH N_JUNK I_POS SEED\n" , argv[0]);
+        printf("usage: %s MODEL_PATH N_JUNK N_GRP I_POS SEED\n" , argv[0]);
         return 1 ;
     }
 
@@ -18,6 +18,7 @@ int main(int argc, char ** argv) {
 
     int n_junk = 250; // number of times to repeat the junk text
     int n_keep = 32;  // number of tokens in the prompt prefix
+    int n_grp  = 1;   // if more than 1 - perform LongLM SelfExtend
     int i_pos  = -1;  // position of the passkey in the junk text
 
     if (argc >= 2) {
@@ -29,11 +30,15 @@ int main(int argc, char ** argv) {
     }
 
     if (argc >= 4) {
-        i_pos = std::stoi(argv[3]);
+        n_grp = std::stoi(argv[3]);
     }
 
     if (argc >= 5) {
-        seed = std::stoi(argv[4]);
+        i_pos = std::stoi(argv[4]);
+    }
+
+    if (argc >= 6) {
+        seed = std::stoi(argv[5]);
     }
 
     if (seed == -1) {
@@ -86,11 +91,13 @@ int main(int argc, char ** argv) {
     llama_context_params ctx_params = llama_context_default_params();
 
     ctx_params.seed    = seed;
-    ctx_params.n_ctx   = llama_n_ctx_train(model) + n_keep;
+    ctx_params.n_ctx   = llama_n_ctx_train(model)*n_grp + n_keep;
     ctx_params.n_batch = 512;
     ctx_params.n_threads       = params.n_threads;
     ctx_params.n_threads_batch = params.n_threads_batch == -1 ? params.n_threads : params.n_threads_batch;
 
+    GGML_ASSERT(ctx_params.n_batch % n_grp == 0 && "n_batch must be divisible by n_grp");
+
     llama_context * ctx = llama_new_context_with_model(model, ctx_params);
 
     if (ctx == NULL) {
@@ -116,8 +123,9 @@ int main(int argc, char ** argv) {
     const int n_ctx       = llama_n_ctx(ctx) - n_keep;
     const int n_kv_req    = llama_n_ctx(ctx);
     const int n_batch     = ctx_params.n_batch;
+    const int n_batch_grp = ctx_params.n_batch/n_grp;
 
-    LOG_TEE("\n%s: n_len = %d, n_ctx = %d, n_kv_req = %d\n", __func__, n_len, n_ctx, n_kv_req);
+    LOG_TEE("\n%s: n_len = %d, n_ctx = %d, n_kv_req = %d, n_grp = %d, n_batch = %d\n", __func__, n_len, n_ctx, n_kv_req, n_grp, n_batch);
 
     // print the prompt token-by-token
 
@@ -132,6 +140,17 @@ int main(int argc, char ** argv) {
 
     // fill the KV cache
     for (int i = 0; i < n_ctx; i += n_batch) {
+        if (i > 0 && n_grp > 1) {
+            // if SelfExtend is enabled, we compress the position from the last batch by a factor of n_grp
+            const int ib = i/n_batch - 1;
+            const int bd = n_batch_grp*(n_grp - 1);
+
+            llama_kv_cache_seq_shift(ctx, 0, n_past - n_batch,         n_past,         ib*bd);
+            llama_kv_cache_seq_div  (ctx, 0, n_past - n_batch + ib*bd, n_past + ib*bd, n_grp);
+
+            n_past -= bd;
+        }
+
         llama_batch_clear(batch);
 
         for (int j = 0; j < n_batch && i + j < n_tokens_all; j++) {

llama.cpp

@@ -1903,6 +1903,28 @@ static void llama_kv_cache_seq_shift(
     cache.head = new_head != cache.size ? new_head : 0;
 }
 
+static void llama_kv_cache_seq_div(
+        struct llama_kv_cache & cache,
+                 llama_seq_id   seq_id,
+                    llama_pos   p0,
+                    llama_pos   p1,
+                          int   d) {
+    if (p0 < 0) p0 = 0;
+    if (p1 < 0) p1 = std::numeric_limits<llama_pos>::max();
+
+    for (uint32_t i = 0; i < cache.size; ++i) {
+        if (cache.cells[i].has_seq_id(seq_id) && cache.cells[i].pos >= p0 && cache.cells[i].pos < p1) {
+            cache.has_shift = true;
+
+            {
+                llama_pos p_old = cache.cells[i].pos;
+                cache.cells[i].pos   /= d;
+                cache.cells[i].delta += cache.cells[i].pos - p_old;
+            }
+        }
+    }
+}
+
 //
 // model loading and saving
 //
@@ -10140,9 +10162,21 @@ void llama_kv_cache_seq_keep(struct llama_context * ctx, llama_seq_id seq_id) {
 }
 
 void llama_kv_cache_seq_shift(struct llama_context * ctx, llama_seq_id seq_id, llama_pos p0, llama_pos p1, llama_pos delta) {
+    if (delta == 0) {
+        return;
+    }
+
     llama_kv_cache_seq_shift(ctx->kv_self, seq_id, p0, p1, delta);
 }
 
+void llama_kv_cache_seq_div(struct llama_context * ctx, llama_seq_id seq_id, llama_pos p0, llama_pos p1, int d) {
+    if (d == 1) {
+        return;
+    }
+
+    llama_kv_cache_seq_div(ctx->kv_self, seq_id, p0, p1, d);
+}
+
 // Returns the *maximum* size of the state
 size_t llama_get_state_size(const struct llama_context * ctx) {
     // we don't know size of rng until we actually serialize it. so reserve more than enough memory for its serialized state.

llama.h

@@ -484,6 +484,13 @@ extern "C" {
                        llama_pos   p1,
                        llama_pos   delta);
 
+    LLAMA_API void llama_kv_cache_seq_div(
+            struct llama_context * ctx,
+                    llama_seq_id   seq_id,
+                       llama_pos   p0,
+                       llama_pos   p1,
+                             int   d);
+
     //
     // State / sessions
     //