livadies/Bonsai-27B-Android-Local

Bonsai Local for Android

Русский · English · Структурированные результаты

Исследовательское Android-приложение для полностью локального запуска Prism ML Bonsai-27B GGUF через JNI и специальный форк llama.cpp. После помещения GGUF на устройство диалог не использует сервер, облачный API или интернет.

Что уже работает

• полноценная загрузка Bonsai-27B-Q1_0.gguf размером 3 803 452 480 байт;
• inference внутри Android-процесса, без сервера на ПК;
• потоковый чат и thinking-mode;
• автообнаружение GGUF в приватной и app-specific external папках;
• ручной импорт любого совместимого GGUF через Android Storage Access Framework;
• встроенный benchmark prompt processing / token generation;
• APK для arm64-v8a реального телефона и x86_64 эмулятора;
• Android adaptive icon и отдельные raster mipmaps;
• debug-вход prompt_b64 для воспроизводимых автоматических тестов Unicode prompts.

Проверенная конфигурация

Компонент	Значение
ОС хоста	Windows 11
CPU хоста	Intel Core Ultra 5 125H
Android Studio	2025.2
Android Gradle Plugin	8.13.2
Gradle	8.14.3
JDK сборки	JetBrains Runtime 21.0.9
compileSdk / targetSdk	36 / 36
minSdk	30 (Android 11)
Android NDK	28.2.13676358
CMake	3.22.1
ABI	arm64-v8a, x86_64
Тестовый AVD	Android 17 preview, x86_64, 8 ГБ RAM, 16 ГБ data
PrismML llama.cpp commit	62061f91088281e65071cc38c5f69ee95c39f14e

Результаты локальных тестов

Все числа ниже получены внутри Android-эмулятора, а не настольным llama-cli.

Проверка	Результат
Сборка debug APK	успешно
Установка и запуск Android	успешно
Распознавание модели	qwen35 27B Q1_0, 26.9B params, 3.53 GiB
Backend	CPU, динамически выбранный x86_64 variant
Prompt processing, pp64	2.89 tok/s
Token generation, tg32	1.79 tok/s
Арифметика 37 × 19	корректный результат 703
Thinking trace	работает
Русский + Kotlin, лимит 512 токенов	prompt понят, но весь лимит ушёл на thinking; чистый финальный код не выведен
Полностью offline после импорта	да
Крэши / FATAL EXCEPTION	не обнаружены

Скриншоты:

• 02-model-loaded.png — модель загружена;
• 03-benchmark.png — benchmark;
• 04-reasoning.png — реальная генерация и ответ 703;
• 05-russian-kotlin.png — негативный capability-тест: модель поняла русский Kotlin prompt, но исчерпала лимит в thinking-mode.

Скорость эмулятора нельзя переносить на физический телефон: виртуализированный CPU, thermal policy и доступные SIMD-инструкции отличаются. В карточке модели Prism ML публикует существенно более высокие результаты для нативного MLX на современном iPhone; этот проект использует Android/llama.cpp CPU backend.

Архитектура

flowchart TD
    UI["Android UI · MainActivity"] --> API["InferenceEngine Kotlin API"]
    API --> DISP["Single-thread coroutine dispatcher"]
    DISP --> JNI["JNI · libai-chat.so"]
    JNI --> COMMON["llama-common · chat template · sampler"]
    JNI --> LLAMA["PrismML llama.cpp"]
    LLAMA --> GGML["GGML CPU backend loader"]
    GGML --> ABI{"Device ABI / CPU features"}
    ABI --> ARM["ARM variants · NEON / DOTPROD / I8MM / SVE / SME"]
    ABI --> X86["x86_64 variants · SSE4 / AVX2 / AVX512 / AMX"]
    GGUF["Bonsai-27B-Q1_0.gguf · 3.80 GB"] --> LLAMA

Модули

• app/ — UI, импорт модели, чат, benchmark и тестовый Base64 intent.
• lib/ — Android-friendly Kotlin API и JNI wrapper.
• third_party/llama.cpp/ — форк PrismML с Q1_0 и hybrid-attention kernels; находится рядом с проектом, на уровень выше BonsaiAndroid.
• models/ — локальная копия GGUF для исследования; модель не упаковывается в APK.
• screenshots/ — фактические результаты запуска в эмуляторе.

Поток загрузки

1. MainActivity ждёт состояния InferenceEngine.State.Initialized.
2. Ищет .gguf в files/models и getExternalFilesDir()/models.
3. Передаёт абсолютный путь в InferenceEngine.loadModel().
4. Kotlin сериализует все вызовы через один Dispatchers.IO dispatcher.
5. JNI вызывает llama_model_load_from_file(), затем создаёт контекст 8192 токенов, batch 512 и sampler.
6. GGML выбирает подходящую CPU-библиотеку из nativeLibraryDir.
7. Chat template формирует сообщения Qwen, а JNI возвращает token pieces как Kotlin Flow<String>.

Критический фрагмент JNI:

llama_model_params model_params = llama_model_default_params();
g_model = llama_model_load_from_file(model_path, model_params);

llama_context_params ctx_params = llama_context_default_params();
ctx_params.n_ctx = 8192;
ctx_params.n_batch = 512;
ctx_params.n_threads = n_threads;
g_context = llama_init_from_model(g_model, ctx_params);

Сериализация native calls важна: глобальные llama_model, llama_context, llama_batch и sampler не должны одновременно изменяться UI и benchmark корутинами.

private val llamaDispatcher = Dispatchers.IO.limitedParallelism(1)

override suspend fun loadModel(pathToModel: String) =
    withContext(llamaDispatcher) {
        load(pathToModel)
        prepare()
    }

Что подтверждено в native runtime

При фактической загрузке полного GGUF runtime сообщил:

• 64 transformer blocks;
• Q1_0 binary tensors;
• recurrent state около 149.62 MiB;
• CPU compute buffer около 523.02 MiB;
• Flash Attention включён автоматически;
• fused Gated Delta Net работает в autoregressive и chunked режимах;
• graph содержит около 3703 nodes и один split.

Bonsai-27B не MoE-модель. У неё нет набора экспертов и router, поэтому проверка «всех экспертов» неприменима. Это dense 27B hybrid-attention model: примерно 75% слоёв используют linear/recurrent attention и 25% — full attention.

Текущий APK текстовый. Дополнительные компоненты из репозитория модели не подключены:

• Bonsai-27B-mmproj-Q8_0.gguf — vision tower;
• Bonsai-27B-dspark-Q4_1.gguf — speculative decoding drafter.

Требования к устройству

• Android 11 или новее;
• 64-bit ARM или x86_64;
• минимум 5 ГБ свободного места только под GGUF, комфортно 8+ ГБ;
• рекомендуется 8 ГБ RAM или больше;
• для импорта через picker временно может потребоваться место для копии;
• первый старт модели может занимать десятки секунд.

Вес модели не включён внутрь APK, потому что APK с asset размером 3,8 ГБ непрактичен. Проверенная копия опубликована рядом с проектом как models/Bonsai-27B-Q1_0.gguf, поэтому её можно скачать из этого репозитория без отдельного поиска. SHA-256 модели:

17EF842E47450CAEB8EAA3EBFBBAB5D2F2278B62B79BE107985FB69A2F819AA0

Официальная карточка указывает около 5.2 ГБ peak memory при 4K context без KV-cache compression. Android dumpsys meminfo показывает для процесса меньше, потому что memory-mapped страницы GGUF и page cache учитываются не так, как private native heap.

Сборка в Android Studio

1. Открыть папку BonsaiAndroid в Android Studio.

2. Убедиться, что рядом есть third_party/llama.cpp:

   gpt/
   ├── BonsaiAndroid/
   └── third_party/llama.cpp/
   

3. Установить SDK 36, NDK 28.2.13676358 и CMake 3.22.1.

4. Проверить путь SDK в local.properties.

5. Выполнить Build > Make Project или из PowerShell:

   $env:JAVA_HOME = 'C:\Program Files\Android\Android Studio1\jbr'
   java -classpath gradle\wrapper\gradle-wrapper.jar `
     org.gradle.wrapper.GradleWrapperMain :app:assembleDebug
   

Debug APK появляется в:

app/build/outputs/apk/debug/app-debug.apk

Проверенный итоговый артефакт дополнительно скопирован в:

release/BonsaiLocal-debug.apk

Его размер — 120 762 843 байта, SHA-256:

BDAF2D9EE7EE1BBB2A424242678D75AC35F2B770973E3F4C9E58639CE8F93E5C

Первая сборка долгая: генерируются сотни C/C++ объектов и несколько CPU variants для двух ABI. Инкрементальные сборки значительно быстрее.

Привязка llama.cpp в CMake

Проект был вынесен из examples/llama.android, поэтому относительный путь исходников пришлось изменить:

set(LLAMA_SRC ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/../../../../../third_party/llama.cpp)
add_subdirectory(${LLAMA_SRC} build-llama)

Для Android компилируются обе ABI:

ndk {
    abiFilters += listOf("arm64-v8a", "x86_64")
}

Установка модели

Обычный пользовательский путь

1. Скопировать Bonsai-27B-Q1_0.gguf на телефон.
2. Открыть приложение.
3. Нажать Выбрать GGUF и выбрать файл.
4. Дождаться копирования и загрузки.

Воспроизводимый путь для эмулятора

После первой установки APK:

adb -s emulator-5556 shell mkdir -p `
  /sdcard/Android/data/com.prismml.bonsailocal/files/models

adb -s emulator-5556 push .\models\Bonsai-27B-Q1_0.gguf `
  /sdcard/Android/data/com.prismml.bonsailocal/files/models/

После перезапуска приложение найдёт модель автоматически.

Воспроизводимые тесты Unicode

Debug Activity принимает Base64 UTF-8 prompt. Это обход нестабильного Unicode input у ADB-клавиатуры preview-эмулятора и не участвует в обычном UI.

$prompt = 'Ответь по-русски одним предложением.'
$b64 = [Convert]::ToBase64String(
  [Text.Encoding]::UTF8.GetBytes($prompt)
)

adb shell am start `
  -n com.prismml.bonsailocal/.MainActivity `
  --es prompt_b64 $b64

В коде extra декодируется без сетевых вызовов:

String(Base64.decode(encoded, Base64.NO_WRAP), Charsets.UTF_8)

Проблемы, встреченные при разработке

1. Готового Android runtime у коллекции нет

Коллекция публикует GGUF и специальный PrismML fork, но не готовый AAR/APK. Решение: официальный examples/llama.android из форка использован как база, а CMake собирает runtime прямо внутри Gradle.

2. Стандартный llama.cpp недостаточен

Модель использует Q1_0 и Qwen 3.5/3.6 hybrid architecture. Решение: закреплён именно PrismML fork commit 62061f9, содержащий нужные quantization и Gated Delta Net paths.

3. JDK 17 toolchain отсутствовал

Gradle запускался на JBR 21, а исходный sample требовал установленный JDK 17 через jvmToolchain(17). Gradle не имел repository для автоматической загрузки. Решение: убрать принудительный поиск отдельного toolchain и явно компилировать Java/Kotlin bytecode target 17:

kotlin {
    compilerOptions { jvmTarget.set(JvmTarget.JVM_17) }
}

4. Android logging API

__android_log_is_loggable() доступен только с API 30, а ранняя конфигурация использовала minSdk 28. Решение: локальный фильтр log level и итоговый minSdk 30.

5. Эмулятор был слишком маленьким

Существующий Pixel_7 имел 2 ГБ RAM и раздел data 6 ГБ, из которых свободно около 1.1 ГБ. Модель туда не помещалась. Создан отдельный AVD Bonsai_27B_Test с 8 ГБ RAM и 16 ГБ data, не затрагивающий пользовательский Pixel_7.

6. 16 KB memory pages

Android 15+ требует 16 KB-compatible native libraries. Проект использует NDK r28 и AGP 8.13.2. Проверено:

• ELF LOAD alignment: 2**14 для native .so;
• zipalign -v -c -P 16 4 app-debug.apk: Verification successful.

Android 17 preview system image дополнительно показывает экспериментальный RELRO compatibility dialog для части динамически загружаемых CPU variants. Неиспользуемый androidx.datastore был удалён из общего dependency bundle, что исключило libdatastore_shared_counter.so из APK. После этого в APK осталось 32 целевых native-библиотеки вместо 36. APK продолжает работать в page-size compatibility mode. Для production перед публикацией нужно повторить проверку на стабильном Android 15/16 16 KB image и обновить NDK/PrismML fork, если preview-проверка станет обязательной.

7. Большой GGUF нельзя дублировать бездумно

Импорт в private storage может временно требовать две копии. Для тестового AVD модель отправлялась сразу в app-specific external directory, которую приложение сканирует при старте.

8. Thinking mode делает даже короткие тесты долгими

Запрос с требованием вернуть одно число всё равно сгенерировал подробный <think> блок. Это ожидаемое поведение модели и полезная проверка reasoning, но на CPU-эмуляторе занимает минуты. UI генерирует асинхронно и не блокирует main thread. Более сложный русский Kotlin prompt подтвердил понимание задачи, но за 512 токенов модель не вышла из thinking в финальный ответ. Это не падение runtime, а ограничение текущей политики генерации; для прикладного UI нужны отдельная панель reasoning, больший лимит или поддерживаемое моделью отключение thinking-mode.

Ограничения текущей версии

• только text-to-text; vision projection не загружается;
• только CPU backend в протестированном AVD;
• нет встроенного resumable downloader и проверки SHA-256 в UI;
• модель опубликована отдельно от APK в папке models/;
• история чата живёт в памяти Activity и не сохраняется после полного restart;
• контекст приложения ограничен 8192 токенами, хотя модель обучена на гораздо более длинный контекст;
• thinking-теги показываются как обычный текст;
• на устройствах с 6 ГБ RAM возможен LMK/OOM;
• DSpark speculative decoding не подключён.

Куда развивать исследование

1. Отделить <think> в сворачиваемую UI-панель.
2. Добавить resumable WorkManager/foreground download с SHA-256.
3. Подключить mmproj и Android Photo Picker для vision.
4. Исследовать Vulkan backend на Android GPU и сравнить CPU/Vulkan.
5. Подключить Q4 KV cache и замерить RAM на 8K/32K/100K.
6. Проверить DSpark drafter, когда Android path будет поддержан форком.
7. Добавить Room для истории диалогов и export/import sessions.
8. Собрать per-ABI APK/AAB, чтобы не поставлять обе native архитектуры каждому устройству.
9. Добавить macrobenchmark: cold load, first-token latency, sustained tok/s, thermal throttling и energy usage.
10. Запустить тот же test suite на физическом Snapdragon/Dimensity и сравнить NEON, DOTPROD, I8MM и SVE variants.

Ценность для сообщества и похожие проекты

Локальные LLM на Android уже не являются новой идеей. Официальный llama.cpp содержит Android Studio sample и динамический выбор CPU kernels; PocketPal AI и ChatterUI запускают разные GGUF на телефоне; MLC LLM, MNN и ExecuTorch предлагают собственные Android runtime и demo-приложения.

Проект	Что уже делает	Отличие этого исследования
llama.cpp Android	официальный JNI/sample и CPU variants	проверена конкретная редкая Q1_0 hybrid-модель и собран готовый APK
PocketPal AI	зрелый GGUF-клиент, загрузки HF и benchmark	универсальный продукт, а здесь узкий воспроизводимый Bonsai-27B test case
ChatterUI	GGUF и API-чаты через React Native	здесь минимальный native Android/JNI путь без React Native
MLC LLM	GPU-oriented Android SDK и demo	другой model format/toolchain; текущий проект использует исходный GGUF и CPU
MNN	производительный мультимодальный Android-клиент	значительно шире и быстрее; этот репозиторий проще как regression fixture для Q1_0/GDN
ExecuTorch	AAR и experimental LLM Java API	требует export в .pte; здесь тестируется GGUF/llama.cpp путь

Поиск по открытым Hugging Face и GitHub проектам на дату публикации не выявил другой воспроизводимой сборки именно Bonsai-27B Q1_0 внутри Android APK. Это не доказательство абсолютного первенства, но практическая новизна публикации состоит в сочетании следующих элементов:

• полный проверенный GGUF, APK, исходники и checksum находятся вместе;
• зафиксированы реальные Android pp/tg замеры, runtime paths и screenshots;
• описаны 16 KB page-size и RELRO проблемы preview-Android;
• опубликован не только успешный ответ 703, но и отрицательный Kotlin-тест;
• документация дана на русском и английском языках.

Сейчас это полезный engineering baseline и regression artifact, а не новая научная архитектура или production-конкурент PocketPal/MNN. Наибольшую ценность следующий этап даст после ARM64-тестов на физических Snapdragon/Dimensity, измерений RAM/энергии/first-token latency, CI-сборки и upstream PR с найденными Android-исправлениями.

Лицензии

• Bonsai-27B GGUF: Apache-2.0 согласно карточке модели.
• llama.cpp / PrismML fork: см. лицензии в third_party/llama.cpp.
• При распространении APK и модели необходимо сохранить соответствующие LICENSE и NOTICE файлов upstream-проектов.