在 Raspberry Pi 上运行本地 LLM 和 VLM

有没有想过在树莓派（Raspberry Pi）设备上运行自己的大型语言模型 (LLM) 或视觉语言模型 (VLM)？你可能想过，但一想到要从头开始设置，必须管理环境，下载正确的模型权重，以及对设备是否能处理该模型的挥之不去的疑虑，你可能会犹豫不决。

目前，边缘的 LLM 似乎还遥不可及。但随着时间的推移，这种特定的用例应该会逐渐成熟，我们肯定会看到一些很酷的边缘解决方案被部署，并在边缘设备上运行全本地生成 AI 解决方案。

树莓派（Raspberry Pi）介绍

Raspberry Pi 是一系列低成本、单板计算机，由英国的 Raspberry Pi 基金会开发，目的是促进计算机教育。自2012年首次发布以来，Raspberry Pi 已被广泛应用于教育、DIY项目和各种专业领域。Raspberry Pi 系列的设备体积小、功能强，且具有极高的性价比。

主要特点

1. 多种型号：
   • 从早期的 Raspberry Pi Model A 和 Model B，到后来的 Raspberry Pi 2、Raspberry Pi 3 以及最新的 Raspberry Pi 4，每一代产品都在性能和功能上有显著提升。
2. 通用设计：
   • 所有型号都配有 GPIO 接口，用于连接外设和传感器，支持各种 DIY 和专业应用。
   • 通用的形状和布局，使得硬件配件和外壳可以互换使用。
3. 丰富的生态系统：
   • 大量的开源软件和社区支持，包括各种操作系统和开发工具。
   • 丰富的外设和配件，从相机模块、触摸屏到各种传感器和扩展板。

树莓派 5 介绍

树莓派 5 (Raspberry Pi 5) 是最新发布的树莓派系列单板计算机，具有显著的性能提升和新的功能特性。与前代产品相比，树莓派 5 在处理能力、图形性能和接口扩展性方面都有明显改善。

主要规格

1. 处理器：
   • Broadcom BCM2712，四核 Arm Cortex-A76 处理器，主频为 2.4GHz。
   • 每个核心拥有 512KB L2 缓存，共享 2MB L3 缓存。
2. 图形处理：
   • VideoCore VII GPU，支持 OpenGL ES 3.1 和 Vulkan 1.2。
   • 支持双 4K@60Hz HDMI 显示输出，并支持 HDR。
3. 内存：
   • 提供 4GB 和 8GB LPDDR4X-4267 SDRAM 选项。
4. 网络连接：
   • 双频 802.11ac Wi-Fi。
   • 蓝牙 5.0 和 Bluetooth Low Energy (BLE)。
   • 千兆以太网，并支持 PoE+（需要额外的 PoE+ HAT）。
5. 存储：
   • microSD 卡插槽，支持高速 SDR104 模式。
   • 提供 PCIe 2.0 x1 接口，可用于快速外设（需要额外的 M.2 HAT 或其他适配器）。
6. 接口：
   • 2 个 USB 3.0 端口，支持 5Gbps 数据传输。
   • 2 个 USB 2.0 端口。
   • 2 个 4-lane MIPI 摄像头/显示器接口。
7. 电源和散热：
   • 通过 USB-C 供电，推荐使用 5V/5A 电源适配器，支持电源传递功能。
   • 内置 RTC（实时时钟），需要外部电池供电。
   • 需要主动散热，官方推荐使用带风扇的专用外壳​ (raspberrypi)​​ (datasheets.raspberrypi)​​ (techcrunch)​。

那么，我们如何在 Raspberry Pi 上实现本地运行 LLM 和 VLM 呢？使用 Ollama！

什么是 Ollama？

Ollama 是在个人计算机上运行本地 LLM 的最佳解决方案之一，无需从头开始进行设置。只需几个命令，一切都可以顺利完成，并且在多种设备和型号上都能很好地运行。它甚至公开了一个用于模型推理的 REST API，因此您可以让它在 Raspberry Pi 上运行，并在需要时从其他应用程序和设备调用它。

还有Ollama Web UI，这是一款漂亮的 AI UI/UX，可与 Ollama 无缝运行，适合那些对命令行界面感到担忧的人。如果你愿意的话，它基本上是一个本地 ChatGPT 界面。

总之，这两款开源软件提供了我认为目前最好的本地托管 LLM 体验。

Ollama 和 Ollama Web UI 都支持 LLaVA 等 VLM，这为这种边缘生成 AI 用例打开了更多的大门。

技术要求

您只需要以下内容：

• Raspberry Pi 5（或 4，适用于速度较慢的设置）— 选择 8GB RAM 版本以适合 7B 型号。
• SD 卡 — 至少 16GB，容量越大，可以容纳的模型越多。已加载适当的操作系统，例如 Raspbian Bookworm 或 Ubuntu
• 互联网连接

正如我之前提到的，在 Raspberry Pi 上运行 Ollama 已经接近硬件频谱的极限。从本质上讲，任何比 Raspberry Pi 更强大的设备，只要它运行 Linux 发行版并具有类似的内存容量，理论上都应该能够运行 Ollama 和本文中讨论的模型。

1.安装Ollama

要在 Raspberry Pi 上安装 Ollama，我们将避免使用 Docker 以节省资源。

在终端中运行：

curl https://ollama.ai/install.sh | sh

运行上述命令后，您应该会看到类似下图的内容。

就像输出中说的那样，转到 0.0.0.0:11434 以验证 Ollama 是否正在运行。由于我们使用的是 Raspberry Pi，因此看到“警告：未检测到 NVIDIA GPU。Ollama 将以仅 CPU 模式运行。”

如有任何问题或更新，请参阅Ollama GitHub repository。

2. 通过命令行运行 LLM

查看官方 Ollama 模型库，了解可使用 Ollama 运行的模型列表。在 8GB Raspberry Pi 上，大于 7B 的模型无法容纳。我们使用 Phi-2，这是微软的 2.7B LLM，现在已获得 MIT 许可。

我们将使用默认的 Phi-2 模型，但您也可以随意使用此处的任何其他标签。查看Phi-2 模型页面，了解如何与其交互。

在终端中运行如下命令：

ollama run phi

一旦您看到类似于以下输出的内容，您就已经在 Raspberry Pi 上运行了 LLM！就这么简单。

您可以尝试其他模型，如 Mistral、Llama-2 等，只需确保 SD 卡上有足够的空间容纳模型重量。

当然，模型越大，输出速度就越慢。在 Phi-2 2.7B 上，我每秒可以得到大约 4 个 token。但是使用 Mistral 7B，生成速度会下降到每秒大约 2 个 token。一个 token 大致相当于一个单词。

现在，我们已经在 Raspberry Pi 上运行了 LLM，但还没有完成。终端并不适合所有人。让我们也运行 Ollama Web UI！

3. 安装并运行Ollama Web UI

我们将按照官方 Ollama Web UI GitHub repository上的说明进行安装，无需 Docker。它建议 Node.js 至少为 >= 20.10，所以我们将遵循这一点。它还建议 Python 至少为 3.11，但 Raspbian OS 已经为我们安装了它。

我们必须先安装 Node.js。在终端中，运行：

curl -fsSL https://deb.nodesource.com/setup_20.x | sudo -E bash - &&\ 
sudo apt-get install -y nodejs

如果需要，请将 20.x 更改为更合适的版本。

然后运行下面的代码块。

git clone https://github.com/ollama-webui/ollama-webui.git 
cd ollama-webui/ 

# 复制所需的 .env 文件
cp -RPp example.env . env 

# 使用 Node 构建前端
npm i 
npm run build 

# 使用后端为前端提供服务
cd ./backend 
pip install -r requirements.txt --break-system-packages 
sh start.sh

这是对 GitHub 上提供的内容的轻微修改。请注意，为了简单起见，我们没有遵循使用虚拟环境等最佳实践，而是使用了 —break-system-packages 标志。如果遇到未找到 uvicorn 之类的错误，请重新启动终端会话。

如果一切顺利，您应该能够通过Raspberry Pi 上的http://0.0.0.0:8080访问端口 8080 上的 Ollama Web UI ，或者如果您通过同一网络上的另一台设备访问，则可以通过 http://<Raspberry Pi 的本地地址>:8080/ 访问。

创建帐户并登录后，您应该会看到类似下图的内容。

如果您之前已下载一些模型权重，您应该会在下拉菜单中看到它们，如下所示。如果没有，您可以前往设置下载模型。

整个界面非常干净直观，所以我就不多解释了。这确实是一个非常出色的开源项目。

4. 通过 Ollama Web UI 运行 VLM

正如我在本文开头提到的，我们也可以运行 VLM。让我们运行 LLaVA，这是一种流行的开源 VLM，恰好也得到了 Ollama 的支持。为此，请通过界面拉取“llava”来下载权重。

不幸的是，与 LLM 不同，安装程序需要相当长的时间才能解释 Raspberry Pi 上的图像。下面的示例大约需要 6 分钟才能处理完毕。大部分时间可能是因为图像方面尚未得到适当优化，但这在未来肯定会改变。令牌生成速度约为 2 个令牌/秒。

总结

至此，我们基本上完成了本文的目标。总结一下，我们已成功使用 Ollama 和 Ollama Web UI 在 Raspberry Pi 上运行 LLM 和 VLM，如 Phi-2、Mistral 和 LLaVA。

我可以想象在 Raspberry Pi（或其他小型边缘设备）上运行本地托管的 LLM 的相当多用例，特别是如果我们要使用 Phi-2 大小的模型，那么 4 个令牌/秒对于某些用例来说似乎是一个可以接受的流式传输速度。

“小型” LLM 和 VLM 领域（由于其“大型”名称而得名，这有点自相矛盾）是一个活跃的研究领域，最近发布了不少模型。希望这种新兴趋势能够持续下去，并继续发布更高效、更紧凑的模型！