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license: apache-2.0
pipeline_tag: text-generation
base_model:
- RecursiveSI/flint
base_model_relation: quantized
tags:
- gguf
- llama.cpp
- cpu
- avx512-vnni
- amx
- moe
- flint
- nvfp4
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# flint CPU 優化（llama.cpp patch + GGUF 檔案）

[Recursive Flint](https://huggingface.co/RecursiveSI/flint) 是一個 39.8B 參數的 mixture-of-experts 程式碼模型，每個 token 約啟用 2.5B 參數（256 個 expert，top-6，49 層）。本 repo 提供一個 **llama.cpp CPU patch**，可在 Intel Xeon（AVX512-VNNI / AMX）上加速，並附上調校與量測所用的 GGUF 檔案。**GGUF 檔案未經修改**，所有加速都來自程式碼（`patches/flint-cpu-opt.patch`，base commit `de5122d87`）。寫法沿用 [HelloSun/Qwen3.6-35B-A3B-GGUF_CPU_OPT](https://huggingface.co/HelloSun/Qwen3.6-35B-A3B-GGUF_CPU_OPT)。

| 檔案 | 來源 | 量化 | 大小 | 是否在本 repo |
|---|---|---|---|---|
| `flint-UD-Q4_K_XL.gguf` | [unsloth/flint-GGUF](https://huggingface.co/unsloth/flint-GGUF) | Q5_K 11.6 GiB + IQ4_XS 9.0 GiB + Q8_0 2.0 GiB（另有少量 Q4_K/Q6_K/IQ3_S） | 23.3 GiB | 是 |
| `flint-int4-q4_1.gguf` | [RecursiveSI/flint-int4-gguf](https://huggingface.co/RecursiveSI/flint-int4-gguf) | 所有權重皆為 Q4_1（token_embd 與 router 為 F32） | 24.2 GiB | 是 |
| `flint-nvfp4.gguf` | [RecursiveSI/flint-nvfp4-gguf](https://huggingface.co/RecursiveSI/flint-nvfp4-gguf) | NVFP4 權重（485 個 tensor，20.7 GiB），F32 的 per-tensor `.scale`，BF16 token_embd | 22.9 GB | **否**，請從連結下載 |

## 選擇哪個檔案

量測環境：Intel Xeon Platinum 8559C，16 threads，套用 patch，數值為三輪交錯量測的中位數（tokens/s）。Q4_K_XL 與 Q4_1 的數據來自較安靜的主機，NVFP4 的數據來自之後較忙碌的主機（見「量測注意事項」），因此 NVFP4 只能與 NVFP4 的數據比較。

| 檔案 | prefill pp256 | prefill pp2048 | decode tg128 | PPL（wikitext-2, 32x512） |
|---|---|---|---|---|
| Q4_K_XL，stock llama.cpp | 231 | 274 | 38.2 | 18.363 ± 0.795 |
| **Q4_K_XL，patched** | **296** | **307** | 42.8 | 18.277 ± 0.787 |
| Q4_1，stock llama.cpp | 183 | 189 | 48.3 | 18.260 ± 0.780 |
| **Q4_1，patched** | 266 | 297 | **55.7** | 18.240 ± 0.779 |
| NVFP4，stock llama.cpp | 83.7 | 83.6 | 30.6 | 24.417 ± 1.566（wikitext-2, 16x512） |
| **NVFP4，patched** | **178.5** | **211.1** | 32.1 | 24.414 ± 1.568（wikitext-2, 16x512） |

- **長 prompt / 大 context（prefill 為主）：Q4_K_XL** 在三者中 prefill 最快（早期量測），patched Q4_1 約差 10% 以內。
- **聊天與 agent 循環、有快取前綴（decode 為主）：Q4_1**，decode 比 Q4_K_XL 快約 30%。
- **NVFP4 在 CPU 上**：套用 patch 後，prefill 比 stock 快約 2.1 倍（pp256）到 2.5 倍（pp2048）。decode 在雜訊範圍內沒有改善。NVFP4 主要為 CUDA 設計，在此 CPU 上 prefill 與 decode 仍都慢於 Q4_1。
- 品質在量測誤差內相當：PPL 差異遠小於標準誤差。

## patch 的加速效果（相對於 stock llama.cpp，同一檔案）

| 檔案 | pp256 | pp2048 | tg128 |
|---|---|---|---|
| Q4_K_XL | 1.28x | 1.12x | 1.12x |
| Q4_1 | 1.46x | 1.57x | 1.15x |
| NVFP4 | 2.13x | 2.52x | 1.05x（雜訊） |

## patch 的修改內容

對 Q4_K_XL 而言，大部分加速來自 Qwen3.6 patch 的 kernel（Q4_K/Q5_K/Q6_K VNNI、AMX 調整、MoE tile 分組），同樣適用於 flint。若只比較 flint 特有的部分（相對於單獨的 Qwen3.6 patch），差異很小（pp256 +12%、decode +2%、pp2048 持平）。flint 特有的修改如下：

1. **IQ4_XS x Q8_K 的 AVX512-VNNI `vec_dot`**（x86 原本只有 AVX2）。使用無號 LUT（+128）搭配 `vpdpbusd`，透過 `bsums` 移除偏移，並加入 L2 prefetch。
2. **Q4_1 x Q8_1 的 AVX-512VL VNNI `vec_dot`**。每次迭代處理兩個 block，以記憶體來源的 `vinserti128` 打包進一個 ymm，低位與高位 nibble 各用一次 `vpdpbusd`，兩個 block 的 fp16 header 一起轉換。使用跨 lane shuffle 的 512 位元版本比 stock 慢，已捨棄。
3. **Q4_1 進入 prefill 用的 tiled VNNI GEMM**。Q4_1 沒有 super-block scale，因此 tile 增加每 32-block 的 f32 scale/min 陣列（`sd`/`sm`）與 `Q41` kernel 旗標；activation 重用既有的 Q8_1 `vec_dot_type`。每個 32-block 計算 `d_a * (d_w * dot(q, code) + m_w * sum(code))`，整數的 dot 與 sum 皆精確。這使 pp256/pp2048 相對於 `vec_dot` 路徑分別提升約 34%/42%。
4. Q5_K 第 5 個 bit 的合併改用 `vptestmb` + 遮罩加法（與前一版位元相同，速度無變化）。
5. **NVFP4 x Q8_0 的 AVX512-VNNI `vec_dot`**（decode）。權重碼 `|w|`（0..12）作為無號運算元，權重的正負號移到 int8 activation 上。每 64 元素的 block 分為四個 16 元素的 subblock，各有 UE4M3 scale。
6. **NVFP4 進入 tiled VNNI GEMM**（prefill）。權重儲存為 `LUT + 12`（無號 0..24），每 16 寬 subblock 一個 f32 scale（`sd16`）。偏移透過每 16 個 activation 碼的和精確移除。activation 為 Q8_0，每 32-block 一個 scale。僅在 VNNI 建置中啟用。

## 準確度

Wikitext-2 test，與同一檔案的基準 logits 比較 KL divergence（Q4_K_XL / Q4_1）：

| 比較項目 | KLD | top-1 相同比例 | 雜訊底線：stock 與 stock 加 `-fa off` |
|---|---|---|---|
| Q4_K_XL，patched vs stock | 0.0666 ± 0.0049 | ~92% | 0.0762（另 `-ub 128`：0.0700） |
| Q4_1，`vec_dot` patch vs stock | 0.0364 ± 0.0029 | 93.8% | 0.0385 |
| Q4_1，tiled GEMM vs `vec_dot` patch | 0.0372 ± 0.0026 | 94.2% | 0.0385 |

KLD **落在 stock 本身的雜訊底線之內**：flint 對微小的數值差異很敏感（只改 stock 的 attention 路徑也會得到相同的 KLD），因此這不代表有缺陷。

NVFP4（未做 KLD 測試）：`llama-perplexity` 在 wikitext-2 test 上，16 chunks x 512 tokens：stock 24.4165 ± 1.566，patched 24.4135 ± 1.568。kernel 層級的檢查：AVX512 `vec_dot` 與 generic 參考實作的相對誤差 ≤ 1.3e-6；tiled 與 `vec_dot` 的相對 L2 誤差為 1.4e-7 到 2.5e-7，涵蓋多種形狀，包括不整齊的 row 數與 narrow 路徑。整數點積是精確的，只有浮點累加順序會改變。

## 時間花在哪裡

在此主機上，16 threads 的 DRAM 讀取頻寬為 125–175 GB/s（單 thread 為 15 GB/s）。Q4_K_XL / Q4_1 的 decode 大多受記憶體頻寬限制（實際約 90 GB/s）。prefill 則受計算限制。對 NVFP4，`GGML_PROF` 逐 op 計時顯示：加入 tiled kernel 前，256 rows 的 prefill `MUL_MAT` / `MUL_MAT_ID` 佔去大部分執行時間；decode 的時間則分散在許多小 op 上。

## 建置與執行

```bash
./build.sh        # 會 clone llama.cpp 到 patches/BASE_COMMIT，套用 patches/flint-cpu-opt.patch，並以 -DGGML_NATIVE=ON 建置
taskset -c 0-15 llama.cpp/build/bin/llama-cli -m flint-UD-Q4_K_XL.gguf -t 16 -fa on -lm mlock
```

使用 NVFP4 時，請從 RecursiveSI 下載 `flint-nvfp4.gguf`，並以同一個 binary 搭配 `-m flint-nvfp4.gguf` 執行。

`GGML_IQ4XS_PF`、`GGML_Q41_PF`、`GGML_K4_PF`、`GGML_K5_PF`、`GGML_Q6_PF` 用來調整 prefetch 距離（預設值即為調校後的數值）。`patches/optional-profiler.patch` 提供 `GGML_PROF=1` 的逐 op 計時。`GGML_CPU_TILED_MM=0` 可關閉 tiled GEMM。

## 量測注意事項

- 僅在 Intel Xeon Platinum 8559C（AVX512-VNNI + AMX）、16 threads、共享主機上驗證。其他 CPU 尚未測試；新 kernel 需要 AVX512-VNNI（Q4_1 的版本另需 AVX512VL/F16C）。
- 共享主機上的單次量測波動很大。NVFP4 在主機 load average 55–63 時，decode 的輪與輪之間差異最多達 2 倍。請使用交錯量測的中位數；原始資料在 `benchmarks/nvfp4/`。
- Q4_K_XL 的數據是在加入 Q4_1 kernel 之前量測的；K-quant 的程式路徑除了移除未使用的常數外沒有變動，且未重新量測。
- PPL 與 KLD 使用的是短測試（16 或 32 chunks，每 chunk 512 tokens）；未進行下游任務評估。

## 檔案說明

- `patches/flint-cpu-opt.patch`（base 為 `patches/BASE_COMMIT`）、`patches/optional-profiler.patch`、`build.sh`、`machine.txt`
- `benchmarks/summary.md`（Q4_K_XL）、`benchmarks/q41-summary.md`（Q4_1）、原始 A/B CSV（`ab-interleaved-flint.csv`、`q41-ab-interleaved.csv`、`q41-tiled-ab-interleaved.csv`）、KLD log（`kld_vs_stock.log`、`q41-kld.log`、`q41-tiled-kld.log`）、op profile、KLD bisect、`graph_accuracy_test.cpp`
- `benchmarks/nvfp4/`（NVFP4 摘要 `README.md`、每輪原始 llama-bench CSV `bin_*_r*.csv`、扁平化的 `summary.csv`、PPL log `ppl_*.log`、執行腳本、kernel 測試原始碼）
- `handoff/HANDOFF.md`：工作狀態與下一位 agent 的待辦事項

## 致謝與授權

模型：Recursive Flint（Apache-2.0），GGUF 量化由 Unsloth 與 RecursiveSI 提供，未經修改。patch 建立於 llama.cpp（MIT），並沿用 Qwen3.6 CPU-OPT patch 的部分想法。本 repo 的模型檔案採 Apache-2.0；patch 遵循 llama.cpp 的授權。