Mistral 发布时间序列基础模型 Timestral

Thinking

Summary

Timestral 是 Mistral 首个时间序列基础模型系列，仅用 209M 参数即可提供最先进的概率性、多变量预测，在关键基准测试中超越更大的模型，同时支持过去和未来的协变量。该系列提供四种规模（5M 至 209M 参数），兼顾准确性与效率，可在 CPU 上高效运行，并在跨领域的零样本预测中表现出色。该模型结合了合成预训练、协变量感知注意力和长上下文学习，并可通过 Mistral Forge 进行微调以实现领域适配。

今天，我们发布 Timestral，这是我们首个时间序列基础模型系列。我们最大的模型仅有 209M 参数，却在 GIFT-Eval、TIME 和 fev-bench 这三个该领域主要公开基准测试中均排名第一，仅用三分之二的模型参数就超越了此前的最先进水平。

Timestral 提供概率性、多变量预测，并支持仅过去协变量和已知未来协变量。我们的模型系列位于预测准确性与模型规模之间的帕累托前沿，在每个规模上都提供领先性能。结果已提交至 GIFT-Eval 和 TIME 排行榜。

时间序列是企业中最常见的数据类型之一，从传感器遥测到可观测性指标。基于它构建的预测驱动着容量规划、能源、供应链、风险和维护方面的决策。

工业工厂根据生产计划预测过程传感器，在设备故障前捕捉漂移，并跨数千项资产规划产能和备件。财务团队预测流量、交易量和波动性，为数千个账户的头寸、对冲和资金管理提供依据。

ARIMA 和线性回归等经典模型仍然是时间序列预测的成熟工具。这些模型通常拟合单个序列，仅从该序列的历史中学习。

PatchTST 等深度学习模型增加了跨多个相关序列学习非线性模式的能力，但它们通常仍要在每个数据集上从头训练，因此学到的东西无法迁移到新领域。

时间序列基础模型将预训练方法引入时间序列。我们的模型在大型多样化语料上训练，学习可跨序列迁移的模式，对从未见过的数据进行零样本预测，即使在数据稀缺的领域也是如此。

基准测试结果

我们在三个主要公开预测基准上评估了 Timestral：GIFT-Eval、TIME 和 fev-bench。在预训练零样本模型中，它在全部五项指标上均排名第一。这些结果来自单个检查点，未使用集成。

GIFT-Eval，83 个可比较的预训练和零样本条目中的前十名。越低越好。

TIME，35 个排行榜条目中的前十名。两项指标均为越低越好。

fev-bench，37 个排行榜条目中的前十名，按 SQL 技能分数。越高越好。

为每种规格优化的模型系列

Timestral 已优化为一个包含四个模型的系列：5M、28M、123M 和 209M 参数。较大的模型提升预测性能，较小的模型则更快、更便宜。四者共享相同的架构和训练配方。每个规模都位于准确性与模型规模之间的帕累托前沿：对于每种模型规模，没有公开模型预测得更好。

GIFT-Eval、TIME 和 fev-bench 上的得分与模型规模对比（以 1 − 技能得分表示）。越低越好。我们的 28M 模型在 GIFT-Eval 和 TIME 上击败了规模约四倍于它的 Chronos-2。我们的 209M 模型以更少的参数击败了 TimesFM-3 和 Falcon-2.0。

Timestral 在推理时不需要 GPU。在配备 8 线程的标准服务器 CPU 上，用三周 15 分钟粒度的历史数据预测未来一天，5M 模型耗时 10 毫秒，209M 模型耗时 140 毫秒。较小的模型以部分精度换取速度：28M 模型比 209M 模型快五倍，而 123M 模型以四分之三的延迟达到了 209M 得分的 0.2% 以内。

一个工业示例

设想一座工业工厂，其设备上分布着数千个传感器。Timestral 可以通过多种方式改进这些数据上的预测。

多变量预测。 一台泵的振动、温度和压力并非独立变化。其中一个的上升往往解释或导致了另一个的变化。Timestral 对相关序列进行联合建模，因此可以利用这些依赖关系，而不是孤立地预测每个传感器。

概率预测。 单一的预测值可能无法展现全貌。Timestral 预测完整的分位数集合，因此团队可以看到不确定性有多大，据此设置告警阈值，并围绕风险而非单一数值来规划维护。

类别协变量。 有些协变量取值来自一组类别而非连续数值，例如星期几，或机器的状态（运行、空闲、维护中）。将这些编码为数字会强加它们本不具备的顺序或尺度。Timestral 直接将它们作为类别输入以改进预测。

已知未来协变量。 有些驱动传感器行为的因素是可以提前知道的，例如生产计划、计划停机、天气预报。Timestral 可以以它们为条件来提升预测质量，因此计划中的负载增加是预期之内的，而不会被标记为意外。

从模型到系统

Timestral 是一个数值模型，可以运行在现有的监控流水线中，也可以与我们的语言模型配对，用于多模态智能体工作流。

在工厂中，这可能看起来是这样的：

1. Timestral 持续运行在工厂的传感器数据流上，在异常发生时进行检测。

2. 当它标记出一台泵的异常时，一个智能体会嵌入这些信号，并与过去传感器数据的嵌入进行比较，以找到类似的历史故障。

3. 随后该智能体启动子智能体进行根因分析，利用该工厂的上下文，例如维护记录、班次日志和操作员笔记、设备手册、过往工单，以及相关设备的读数。

4. 智能体根据发现起草一份建议诊断，并附上支持性证据和可能的后续步骤。

工厂经理得到的是有传感器数据支撑的诊断和方案，而不仅仅是一条告警。

关键技术贡献

多项思路被结合起来以产生这些结果。每一项都将在技术报告中详细描述。

1. 解耦式预测视野。 在 Toto 2.0 和 TimesFM-3 中，使用连续补丁掩码训练的因果解码器会掩盖待预测的值，因此这些值看起来像缺失值，并且作为后续预测的上下文也丢失了。我们的方法 DHF 将两者分离：完整历史保留在序列中，学习到的预测 token 读取其之前的历史。这样，每个观测值都同时作为目标和上下文，真正的空缺仍被标记为缺失，训练视野长度和缺失数据增强可以彼此独立地调整。

2. 协变量感知注意力。 每个输入序列被分配一个角色：目标变量、仅过去协变量或已知未来协变量。已知未来协变量在整个窗口内可见，而目标保持因果性，信息仅从协变量流向目标。因此，Timestral 可以使用节假日日历或天气预报，而不会将目标自身的未来泄漏到其预测中。

3. 合成优先数据。 大部分训练数据是合成的。我们首先生成具有连贯时间动态的单变量过程，包括趋势、季节性和多样的噪声模式。然后，我们使用多变量合成器，通过在这些过程之间引入非线性依赖关系来构建多变量序列。

4. 两阶段训练。 Timestral 首先在纯合成数据上以 8192 的上下文大小进行大规模预训练，然后在真实和合成数据的混合上以 4 倍长的上下文进行后训练。目标函数是 21 个分位数上的 pinball 损失，这是 CRPS 的离散近似。

一个可以适配的模型

公开基准衡量的是通用性能，但生产数据在行为与结构上可能显著不同。随着市场状态变化、设备老化和需求模式迁移，数据也可能随时间漂移。持久的价值在于能够将模型适配到域内数据，并在分布变化时持续重新训练。

对于希望更进一步的组织，Timestral 可通过 Mistral Forge 获得，这是我们用于语言模型的同一训练流水线。它支持：

• 开箱即用的零样本推理。

• 架构扩展，例如领域特定的协变量。

• 在专有数据上微调，在保持通用性能的同时专精于某个领域。

• 对训练数据的控制，包括调整训练混合、重放预训练数据，以及生成反映目标领域的合成数据样本。对数据的完全控制确保我们回测中使用的任何内容都未在预训练期间见过。

整个流水线可以部署在客户的硬件上，包括气隙环境。

下一步

我们已发布一个 GitHub 仓库，以便您在自己的数据上运行 Timestral。包含完整结果的技术报告将随后发布。对于更专业的预测问题，或希望合作研究，请联系我们。